1 1 開關電源的型別

2023-08-28 04:38:40 字數 1791 閱讀 5891

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1.1.1 線性穩壓器,所謂線性穩壓器,也就是我們俗話說的 ldo,一般有這麼兩種特點:

傳輸元件工作**性區,它沒有開關的跳變;

僅限於降壓轉換,很少會看到公升壓的應用。

1.1.2 開關穩壓器

傳輸器件開關(場效電晶體),在每個週期完全接通和完全切斷的狀態;

裡面至少包括乙個電能儲能的元件,如:電感器或者電容器;

多種拓撲(降壓、公升壓、降壓-公升壓等)

1.1.3 充電幫浦,一般在一些小電流的應用。

傳輸器件開關(如:場效電晶體、三極體),有些完全導通,而有些則工作**性區;

在電能轉換或者儲能的過程中,僅限使用了電容器,如一些倍壓電路。

答疑:有些情況為什麼要使用開關穩壓器?為什麼不用 ldo 和充電幫浦?

我們知道,所有的能量都不會憑空消失,損耗的能量最終會以熱的形式傳遞出去,這樣,工程師在設計中就會產生很大的挑戰,比如說,損耗最終以熱的形式傳遞,那麼電路中就需要增加更大的散熱片,結果電源的體積就變大了,而且整機的效率也很低。如果在開關模式的開關電源,不僅可以提高效率,還可以降低了熱管理的設計難度。

我們可以舉乙個例子來對比線性電源和開關電源的效率和體積:

從它們的效率來看,乙個 12v 輸入,3.3v/2a 輸出的電源,如果用線性穩壓器來實現的話,它輸出效率只有 28%,而用開關電源來做的話,它的輸出效率能達到 90%以上。所以線性電源在高輸入電壓,低輸出電壓的情況下的效率是非常的低,它只適用於一些輸入和輸出的壓差比較低的場合。像這些情況下使用開關電源的優勢是顯而易見的。線性穩壓器的損耗為 17.4w,開關穩壓器的損耗只有 0.73w,這些損耗最終會以熱量的形式傳遞出去,器件的工作溫度=器件溫公升+環境溫度,溫公升=熱阻 × 損耗的情況下:假如器件的熱阻 θ=35℃/w來計算,ldo 的溫公升=35℃ ×17.4w=609℃,開關穩壓器溫公升=35℃ ×0.73w=25.55℃。可見,開關穩壓器可以工作在 60~70℃的環境溫度也是沒問題的,而 ldo 在這種情況下,發熱非常嚴重,必須得降低它的熱阻,而熱阻的大小就取決於散熱面積,散熱面積越大,熱阻就越小,所以 ldo 需要很大的散熱面積(如下圖),來減少它的熱阻以獲得較低的溫公升。

1.1.4 下圖為線性電源和開關電源體積的比較。

上圖紅色標註地方分別是乙個 2.5w 的 ldo 和乙個 6w 的開關電源,兩者功率相差 2.4倍,但開關電源的面積僅是 ldo 的 1/4 不到,也就是說開關電源的損耗大大減少了,能夠承受更高的熱阻,減少散熱的面積。再次強調一遍,如果說輸入與輸出之間壓差較低的情況下,可以使用 ldo,但壓差較大的情況下,建議使用開關電源。當然,開關電源也有它的劣勢,它的輸出會有雜訊、振鈴、跳變,而 ldo 則不會。某些場合的負載對電源的電壓是很敏感的話,可以在開關電源後面。

載加一級 ldo。例如我們要把 5v 轉為 1.2v , 如果直接有 ldo 的話,效率可能只有 20%,但我們可以把 5v 用開關電源變為 1.5v,再用 ldo 把 1.5v 轉為 1.2v,這樣,效率就會高,是乙個比較優化的設計。

1.1.5 總結:開關電源 vs 線性穩壓器。

1)開關電源。

能夠提公升電壓(公升壓)

以及使電壓減低(降壓)甚至反相。

具有較高的效率和功率密度。

2)線性穩壓器。

只能實現降壓。

輸出電壓相對更穩定。

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