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線性直流穩壓電源與高頻開關穩壓電源的區別

根據不同的工作原理可將電源分成三類:線性穩壓電源、開關穩壓電源及電荷泵電源。

一、線性穩壓電源:

線性穩壓電源有一個共同的特點就是它的功率器件調整管工作在線性區,靠調整管之間的電壓降來穩定輸出。線性穩壓電源是因其內部調整管工作在線性範圍而得名。

該類電源優點是穩定性高,紋波小,可靠性高、外圍元件Z少、輸出噪聲Z小、靜態電流Z小,價格也便宜。缺點是一般認為線性穩壓電源的輸入電壓與輸出電壓之間的電壓差(一般稱為壓差)大,調整管上的損耗大,效率低。

但近年來開發出各種低壓差(LDO)的新型線性穩壓器IC,一般可達到達輸出100mA電流時,其壓差在100mV左右的水平(甚至於到70-80mv的水平),某些小電流的低壓差線性穩壓器其壓差僅幾十毫伏。這樣,調整管的損耗較小,效率也有較大的提高,因此可延長電池的壽命。

二、開關穩壓電源:

與線性穩壓電源不同的一類穩電源就是開關型直流穩壓電源,它的電路型式主要有單端反激式,單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區別在於它變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功能管不是工作在飽和及截止區即開關狀態;開關電源因此而得名。DC/DC是開關穩壓電源中的一種。

開關電源的優點是效率高(可以達到80~95%)、穩定可靠;缺點相對於線性電源來說成本較高、紋波較大(一般≤1%VO(P-P),好的可做到十幾mV(P-P)或更小)。

三、電荷泵電源:

電荷泵有三類:開關式調整器升壓泵、無調整電容式電荷泵和可調整電容式電荷泵。三類電荷泵的工作過程均為:首先貯存能量,然後以受控方式釋放能量,以獲得所需的輸出電壓。開關式調整器升壓泵采用電感器來貯存能量,而電荷泵采用電容器。

電容式電荷泵通過開關陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控製器實現電壓提升,采用電容器來貯存能量。電荷泵是無須電感的,但需要外部電容器。工作於較高的頻率,因此可使用小型陶瓷電容(1μF),使空間占用Z小,使用成本低。電荷泵僅用外部電容即可提供±2倍的輸出電壓。其損耗主要來自電容器的ESR(等效串聯電阻)和內部開關晶體管的RDS(ON)。電荷泵轉換器不使用電感,因此其輻射EMI可以忽略。輸入端噪聲可用一隻小型電容濾除。它輸出電壓是工廠生產精密予置的,調整能力是通過後端片上線性調整器實現的,因此電荷泵在設計時可按需要增加電荷泵的開關級數,以便為後端調整器提供足夠的活動空間。電荷泵十分適用於便攜式應用產品的設計。從電容式電荷泵內部結構來看,它實際上是一個片上係統。

在便攜式產品中,常常利用低壓差線性穩壓源(LDO)將5V主電源轉換為3.3V,LDO具有低成本、小尺寸、低靜態電流及易於實現等特點,但其轉換效率很低,在這種應用中效率一般為67%。一種可替代的方案是采用降壓型開關穩壓器,轉換效率典型值可達90%,但需要外接電感,占線路板尺寸較大,價格相對較高。另一種解決方案是采用電荷泵,彌補了LDO與開關穩壓電源的不足,具有低成本、小尺寸、易實現、轉換效率高等特點。電荷泵器件占用的空間要小得多。

它們受到青睞,除了可以用於不同的應用以外,還有一個間接的原因就是人們認為基於電感的功率源可能帶來不可克服的EMI問題。

四、線性直流穩壓器優點:

線性直流穩壓器優點是穩定性高,紋波小,可靠性高,易做成多路輸出連續可調的電源。缺點是體積大、較笨重、效率相對較低。這類穩壓電源又有很多種,從輸出性質可分為穩壓電源、穩流電源和集穩壓、穩流於一身的穩壓穩流(雙穩)電源。從輸出值來看可分固定輸出電源、波段開關調整式和電位器連續可調式幾種,從輸出指示上可分指針指示型和數字顯示式型等。

五、開關型穩壓器優點:

開關型穩壓器是直接整流,獲得高壓直流,由高頻震蕩器控製開關管的通斷的時間比例來調整輸出電壓。開關型電源電路分為串聯型和並聯型兩種,開關型穩壓電源的優點是效率高,因為開關狀態下的晶體管自身消耗的功率很小,可以達到70-80%甚至更高的效率,而且不用降壓變壓器,其輸出變壓器由於是工作在高頻,其體積遠小於50赫的工頻變壓器。所以開關型電源的電路小巧輕便。開關型穩壓器可以在較大的電壓範圍正常工作。

六、線性直流穩壓器與高頻開關穩壓器的區別:

開關電源是與線性穩壓器不同的一類穩壓電源,它的電路型式主要有單端反激式、單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區別在於電路中的變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功率管不是工作在線性區,而是飽和及截止區,即工作在開關狀態;開關型直流穩壓電源也因此而得名。

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