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了解线性稳压器噪声的混合电源

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本帖终究由 zhangmangui 于 2019-6-22 16:59 修改

  在许多运用中,工程师团队一个开关DC-DC电压转换器(“开关稳压器”)与低停学线性稳压器(LDO)。这样的混合供电是一种很好的方法,以最大极限地延伸电池寿数,一同坚持适用于灵敏的模仿电路电池供电产品的无噪声电源。
  可是,“无噪声”仅仅相对而言的,由于再好的低压降稳压器发生一些噪音。许多工程师认为,噪声的LDO的输出仅仅是它的电源按捺比(PSRR)的函数。当在一系列具有开关调理器中运用,PSRR确实是如安在LDO触及在开关稳压器的输出上的电压和电流动摇的杰出测量 - PSRR但不应该在其上的LDO被挑选的唯一规范。
  该LDO具有其内部发生的内部噪声的几个,更糟糕的是,一些本是频率的函数。它是PSRR和内部噪声的这种组合,其确认LDO的输出的安稳性。
  本文介绍了怎么结合的LDO可认为衔接,无线便携产品很好的处理的开关稳压器,然后导致在解说为什么该工程师剖析LDO的数据表,以保证它是非常重要的,它从电力供应依然全体噪音内的终究产品规范。
  LDO和开关稳压器比较,
  电池供电的便携式设备需求的电压调理,以保证两个电池寿数最大化和灵敏的硅喂以准确和不变的电压它要求。此外,规矩保证了电源能够对应于宽的负载规模内,而不过度受电池。
  电压调理归结为两个挑选,一个LDO或一个开关调理器。低压降稳压器是相对廉价,细巧,并供应“洁净”电源(但不是彻底朴实的,由于咱们将在下面谈论)高雅的设备。任何一个合格的电子工程师能够规划运用商用模块化LDO,仅仅三个外部无源的电源。此外,还有一个巨大的规模可供挑选高度牢靠的LDO。凌力尔特公司令人尊敬的LT1084,例如,开发二十年前,今日依然是可用的。
  线性稳压器的缺陷是缺少在宽电压规模内的功率,并约束到降压(或“降压”)的装备。
  LDO的根本条件是运用一个反应回路,包含一个基准电压,差错放大器,一个场效应晶体管(FET)以线性形式操作时,和一个电阻分压器。而电阻分压器设定的输出电压时,FET使LDO不管负载,以供应一个安稳的输出电压。差错电路保证输出被保持在所期望的电压。
  LDO的功率是正比于输入和输出电压之间的差异;的差以下时,更高效的设备。功率横跨FET和电阻分压器和跨在LDO大的电压差散失可导致热量积累,其可呈现在紧凑便携式一个应战。
  在到达某一程度时,在电池电压下降到必定水平,然后使LDO不再能够保持所期望的输出和“滴出”。这一级被称为开释电压。更高规范的设备会忍受更低的压差电压低于贵重的设备。例如,凌力尔特的LT3070 LDO - 这从0.95至3 V输入发生0.81.8 V输出高达5 A - 具有的仅仅85 mV的压差电压。但是,即使是最好的LDO将可能退出而一些容量仍停留在细胞内,削减潜在的电池寿数。
  开关稳压器在20世纪60年代被引进了在宽电压和负载规模的高功率的首要优势。功率在低负载是前期的设备问题,但已根本得到处理与“脉冲跳动”技能(见技能专区文章“的脉冲频率调制的DC / DC开关电压转换器的优势”)。
  开关稳压器运用一个或两个FET,但不像在LDO,这些操作 - 作为产品阐明主张 - 在切换形式。当FET是上并导通电流,在其电源通路上的电压降最小。当FET封闭和堵塞高压,几乎没有电流经过它的电源通路。这些特性保证很少的电力耗费在稳压器进步作业功率。一个现代的12 VIN,3.3 VOUT同步 - 开关降压稳压器,如世界整流器公司(IR)IR3898一般能够到达90%的功率(比从LDO在相同条件下作业27.5%)。
  与低压降稳压器,还有品种繁复的开关电源可从首要供货商如飞思卡尔,美信,安森美明升备用网址和德州仪器(TI)。
  的开关稳压器的缺陷是尺度(尽管功率密度优于的LDO),本钱,规划杂乱,和噪声。终究两个数据项都相关的,由于大部分的规划的杂乱性有关,电感器的挑选和要求保证波纹的峰 - 峰值的输入和输出滤波电路的规划受到约束。电感器(S)等无源器材的正确挑选,能够约束输出电压和电流纹波,但一些电磁搅扰(EMI)是不可避免的(见技能专区的文章“电容的挑选是要害,以杰出的电压调理器规划”)。
  该规划应战是由现代偏好高频开关电源而加重。经过在更高的频率下操作,电源能够运用较小的电感器(多个)削减其尺度和本钱。但是,高频率操作,使电磁搅扰问题愈加难以处理(见技能专区的文章“规划折衷挑选高频开关稳压器时”)。
  由开关调理器发生的EMI能够打乱其他成分,特别是在便携式产品,其间设备被密布封装和印刷电路板(PCB)迹线短。更糟糕的是 - 铭记有规划工程师热心于将RF芯片到他们最新的产品与无线衔接赋予它的增加的行列----漂泊EMI增加规划稳健RF电路的难度。
  第三个选项
  而不承受经过挑选一个LDO或开关调理器引进的退让,许多进步工程师已经由一个开关调理器的输出直接链接到LDO的输入创立混合电源拓扑。
  开关稳压器承受宽规模的输入电压,并有用地调理到一个更高,更低,或倒置的供应。别的,假如开关设备的输出(即,输入到LDO)被设定为使得它仅略微大于所述电源的要求输出,在LDO能够接连在其最有用的规模内作业。
  这种混合供应背面的要害条件是在LDO过滤开关稳压器的纹波影响调理的输出,然后消除潜在的EMI问题并避免了要求花费时刻长炼PCB规划和核算所述电感和电容值的输出滤波电路(如将是这种状况,假如开关调理器被用在其本身)。其他长处还包含电源,具有改进了安稳性,准确度更高,更快的瞬态呼应,并降低了输出阻抗(见技能专区的文章“混合电源交给无噪声电压的灵敏电路”)。
  不幸的是,作业并不仅仅是挑选两个监管组织和衔接在一同略微杂乱一点。
  操控噪音
  的LDO的滑润开关电源的电压和电流纹波才能的衡量规范是PSRR。 PSRR量化LDO的过滤器从它的输入怎么波纹(在这种状况下,开关调理器的输出)在很宽的频率规模,并表明为分贝(dB)。 (工程师应该注意到,依据脉动频率的PSRR呼应而改变。以保证该开关稳压器的作业频率相匹配是很重要的,或至少是挨近,LDO的最好的PSRR频率呼应。)
  许多工程师的结论是,所供应的PSRR是好的,那么全部都会好起来的混合电源。这不是这种状况,由于,如上所述,包含的LDO电压基准,场效应晶体管,电阻器,和其它外部电路会引进额定的(和不明显)噪声独登时PSRR的。具有杰出的PSRR,但高的自感应噪声的LDO将是从混合供应发生一个洁净的电压一个糟糕的挑选。因而,重要的是对入围的设备的数据表的工程师一同检查PSRR和内部噪声参数。


沙发
| 2019-6-22 16:59 | 只看该作者
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