使用电源IC开关稳压器与线性稳压器进行DC-DC转换

关键要点

  • 线性稳压器是更简单的稳压器,可降低输入电压。目标是将输出设置为特定的直流电压。
  • 开关稳压器提供更高的效率,但它们可能更复杂并产生开关噪声。
  • 这两种类型的稳压IC仍然可以组合在一起,以在所需的电压和电流下提供稳定的功率输出。

 

开关稳压器与线性稳压器

该电机控制板可受益于开关稳压器与线性稳压器


当大多数设计人员谈论功率调节和DC-DC转换时,他们关注的是效率,而谈论的是开关稳压器。当比较开关稳压器与线性稳压器时,这是有道理的。对于低电平电路,高效开关稳压器可作为电源IC提供。那么,线性稳压器在DC-DC转换领域的哪些方面,以及您如何将其用于功率调节策略?

通常,您是使用开关稳压器还是线性稳压器,还是级联稳压器的组合,取决于未稳压电源的性质。如果专门设计电源稳压器以适应电源的行为,则可以减少元件数量和系统复杂性。下面介绍了每种类型的稳压器如何在DC-DC转换中发挥作用,以及如何设计电路以适应非稳压电源。


开关稳压器与线性稳压器在电源转换中的应用

开关稳压器和线性稳压器用于各种系统,多个稳压器可以级联(即串联放置)。转换为高直流电压后,通常使用另一个开关稳压器/VRM为特定电路模块提供所需的输出电压。或者,您可以在输出级上使用线性稳压器提供具有一定裕量的稳定输出。这是放置低压差稳压器的典型位置。

 


适应交流电源

上述策略设计用于在非稳压直流和稳压直流之间进行转换,但它也可以与交流线路输入一起使用。为此,只需在第一个开关转换器的输入端放置一个全波二极管电桥即可。

开关转换器会在未稳压的输入交流电流上引起谐波失真,从而降低稳压器的整体效率。因此,使用功率因数校正(PFC)电路来平滑交流电流尖峰,并使输入交流电流呈正弦状,并带有一些纹波。根据欧洲EMC指南,需要使用PFC电路,这有助于减少电源的过多功耗。

 

转换器排列

上图中的第一个转换器级通常是开关稳压器。之所以使用这种方法,是因为转换器通常需要将高压信号降压至中等或低电压电平。转换器还需要配置为具有高PSRR,以便在相关频率范围内提供最大的噪声/纹波抑制。

上述策略中的输出转换器可以是开关稳压器或线性稳压器,具体取决于确切的功率要求、第一转换器级中的任何控制机制以及未稳压电源的行为。

在纹波噪声方面,线性稳压器倾向于在更宽的频率范围内提供纹波抑制,使其可用于抑制来自上游稳压器的宽带噪声。这是上述策略中经常在输出端使用线性稳压器的原因之一。

输出端通常使用的线性稳压器类型为LDO稳压IC。这些稳压器使用运算放大器将稳压器的输出设置为所需水平,只要输入电压高于稳压器的裕量。开关稳压器也可用于输出端,同样取决于所需的降压电平以及输入到最终稳压器的信号是否会变化以及它是否包括控制电路。

 


开关稳压器与线性稳压器比较

由于第一个转换器通常在输入电压中提供较大的降压,因此最好在此阶段使用开关稳压器。这是因为开关稳压器非常高效,如下表所示。开关稳压器的三种常见拓扑结构是降压(降压)、升压(升压)或降压-升压(可通过调整 PWM 信号的占空比进行配置)。如上所述,最终的稳压器阶段可以是线性稳压器或LDO稳压器。

 

为电力电子使用正确的设计软件

无论您是使用分立元件设计电源转换器,还是使用多个电源IC,都应在原理图设计软件中使用经过验证的元件模型。

这些模型允许您使用SPICE等效的元器件模型直接从原理图中仿真新系统。这样可以更准确地了解您的系统如何提供功率转换,以及查看两种稳压器输出上的纹波。您可以轻松将多个调压器级创建为分层原理图, 并仿真整个系统或单个调压器子电路。在设计电源转换系统并权衡开关稳压器与线性稳压器电路的使用时,您可以使用最佳的PCB设计和分析软件设计原理图并仿真系统。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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创建时间:2022-08-15 15:12
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