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        2. 使用開關穩壓IC與線性穩壓IC進行DC-DC轉換

          關鍵要點

          1.  
          2. 線性穩壓器是更簡單的穩壓器,可降低輸入電壓。目標是將輸出設置為特定的直流電壓。
          3. 開關穩壓器提供更高的效率,但它們可能更復雜并產生開關噪聲。
          4. 這兩種類型的穩壓器仍然可以組合使用,以在所需的電壓和電流下提供穩定的功率輸出。

          開關穩壓器與線性穩壓器

          該電機控制板可受益于開關穩壓器與線性穩壓器

           

          當大多數設計人員談論功率調節和DC-DC轉換時,他們關注的是效率,并談論開關穩壓器。當比較開關穩壓器與線性穩壓器時,這是有道理的。對于低電平電路,可作為IC提供高效開關穩壓器。那么,線性穩壓器在DC-DC轉換領域處于什么位置,您的功率調節策略需要它們嗎?

           

          通常,您是使用開關穩壓器還是線性穩壓器,還是級聯穩壓器的組合,取決于非穩壓源的性質。如果專門設計電源穩壓器以適應電源的行為,則可以減少組件數量和系統復雜性。以下是每種類型的穩壓器如何在DC-DC轉換中發揮作用,以及如何設計電路以適應非穩壓電源。

           

          電源轉換中的開關穩壓器與線性穩壓器

          開關穩壓器和線性穩壓器用于各種系統,并且可以級聯多個穩壓器(即串聯放置)。轉換為高直流電壓后,通常使用另一個開關穩壓器/ VRM為特定電路塊提供所需的輸出電壓?;蛘?,您可以在輸出級上使用線性穩壓器提供具有一定裕量的穩定輸出。這是放置低壓差穩壓器的典型位置。

           

          適應交流電源

          上述策略設計用于在非穩壓直流和穩壓直流之間進行轉換,但也可與交流線路輸入一起使用。為此,只需在第一個開關轉換器的輸入端放置一個全波二極管電橋即可。

           

          開關轉換器會在未穩壓的輸入交流電流上引起諧波失真,從而降低穩壓器的整體效率。因此,使用功率因數校正(PFC)電路來平滑交流電流尖峰,并使輸入交流電流呈現正弦,并帶有一些紋波。根據歐洲EMC準則,PFC電路的使用是必需的,有助于減少電源的多余功耗。

           

           

          轉換器配置總成

          上圖中的第一個轉換器級通常是開關穩壓器。這是因為轉換器通常需要將高壓信號降壓到中等或低電壓電平。轉換器還需要配置為具有高PSRR,以便在相關頻率范圍內提供最大的噪聲/紋波抑制。

           

          上述策略中的輸出轉換器可以是開關穩壓器或線性穩壓器,具體取決于確切的功率要求、第一個轉換器級中的任何控制機制以及非穩壓源的行為。

           

          在紋波噪聲方面,線性穩壓器傾向于在更寬的頻率范圍內提供紋波抑制,因此可用于抑制來自上游穩壓器的寬帶噪聲。這就是上述策略中經常在輸出上使用線性穩壓器的原因之一。

           

          通常在輸出端使用的線性穩壓器類型是LDO穩壓器。只要輸入電壓高于穩壓器的裕量,這些穩壓器使用運算放大器將穩壓器的輸出設置為所需電平。開關穩壓器也可以用于輸出端,這同樣取決于所需的降壓電平、輸入到最終穩壓器的信號是否會變化以及它是否包括控制電路。

           

           

          開關穩壓器與線性穩壓器比較

          由于第一個轉換器通常在輸入電壓中提供較大的降壓,因此最好在此階段使用開關穩壓器。這是因為開關穩壓器非常高效,如下表所示。開關穩壓器的三種常見拓撲是降壓(降壓)、升壓(升壓)或降壓-升壓(可通過調整PWM信號的占空比進行配置)。如上所述,最終穩壓器級可以是線性穩壓器或LDO穩壓器。

           

            線性穩壓器 開關穩壓器
          效率 低(通常為60%至70%) 高(通常為95%)
          控制方式 無源或有源運算放大器 PWM信號
          極性 與輸入電壓相同 可逆
          縮放 降壓 升壓或降壓
          最大電壓輸出 中到高
          PSRR 寬帶,高達 ~70 dB,具體取決于頻率 ~50 至 100 dB,具體取決于頻率
          噪聲 與輸入紋波相匹配的低頻噪聲 - 10-1,000 kHz 噪聲,由 PWM 信號和開關引起

           

          為電力電子行業使用正確的設計軟件

          無論您是使用分立元件還是使用多個IC設計電源轉換器,都應在原理圖設計軟件中使用經過驗證的元件模型。

           

          這些模型允許您直接從原理圖中使用與組件的 SPICE 等效模型來模擬新系統。這樣,您就可以更準確地了解系統如何提供功率轉換,以及查看兩種類型穩壓器輸出上的紋波的方法。您可以輕松地將多個穩壓器級創建為分層原理圖,并仿真整個系統或單個穩壓器子電路。

           

          在設計電源轉換系統并權衡開關穩壓器與線性穩壓器電路的使用時,您可以使用最佳的PCB設計和分析軟件設計原理圖并仿真系統。Cadence的前端設計功能與功能強大的PSpice模擬器集成,為設計和仿真電源系統創建了理想的系統。創建布局并準備好檢查噪聲和熱行為后,您可以使用Cadence的SI/PI分析點工具套件進行布局后驗證和仿真。您將擁有設計穩定的電力電子系統所需的所有功能。

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

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          創建時間:2022-04-28 17:08
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