為您的電源設計選擇轉換器或穩壓器

2021-07-20

為您的電源設計選擇轉換器或穩壓器

在為您的設備設計電源時(shí)，有很多不同的選擇。有時(shí)最大的障礙可能是理解選項之間的差異，一些供應商對同一件事使用不同的術(shù)語(yǔ)。因此，在這里我們將簡(jiǎn)要介紹直流電源設計中的主要選擇。

DC-DC 轉換器與穩壓器

甲DC-DC轉換器接收輸入DC電壓，并且生成不同的輸出DC電壓。DC-DC 轉換器的主要目的是產(chǎn)生被驅動(dòng)負載所需的輸出電壓。應用可能包括由較高電壓電源驅動(dòng)的低壓電子元件，例如在汽車(chē)應用中。另一方面，它可能是低電壓電池供電的驅動(dòng)組件，具有更高的電壓功率要求。

電壓調節器通過(guò)使用帶有來(lái)自輸出負載的反饋的控制元件來(lái)穩定輸出電壓，以保持所需的電壓電平。未經(jīng)調節的 DC-DC 轉換器的輸出電壓將隨著(zhù)負載電流的增加而降低。穩定未穩壓的轉換器需要添加單獨的穩壓器電路。轉換器一詞通常用于產(chǎn)生穩定輸出電壓的電路，這意味著(zhù)不需要獨立的穩壓器。

有兩種主要類(lèi)型的 DC-DC 轉換器/穩壓器可用，線(xiàn)性和開(kāi)關(guān)模式。

線(xiàn)性穩壓器

線(xiàn)性穩壓器使用電阻元件產(chǎn)生壓降，以將輸入直流電壓降低到所需水平。雖然設計簡(jiǎn)單且成本低，但這種轉換器的效率取決于所需壓降的大小。

開(kāi)關(guān)模式穩壓器

開(kāi)關(guān)模式穩壓器通過(guò)使用輸入電壓來(lái)填充和能量存儲，然后從該存儲中生成輸出電壓來(lái)運行。存儲是電容或電感組件或兩者的組合。與線(xiàn)性轉換器的主要區別在于輸出電壓可以高于或低于輸入電壓。元件損耗決定了電路的效率。該效率與輸入和輸出電壓之間的差異幅度無(wú)關(guān)。

與開(kāi)關(guān)模式轉換器相比，線(xiàn)性轉換器具有一項主要的性能優(yōu)勢。它們產(chǎn)生的電噪聲非常小，輸出電壓的質(zhì)量取決于輸入電壓源的噪聲水平。相比之下，開(kāi)關(guān)轉換器會(huì )在電路的開(kāi)關(guān)頻率附近產(chǎn)生大量的電噪聲。因此，需要在驅動(dòng)噪聲敏感負載的轉換器輸出端應用濾波。如果耦合回輸入電壓源的噪聲會(huì )產(chǎn)生干擾或影響設備合規性，則還可能需要輸入濾波。

降壓/降壓穩壓器

降壓或降壓穩壓器將通過(guò) LC 飛輪電路切換輸入電流以從存儲的能量驅動(dòng)負載，從而有效降低輸入電壓以產(chǎn)生穩定的輸出電壓。輸出電壓將由輸入電壓開(kāi)啟時(shí)存儲的能量決定。該電路也可稱(chēng)為斬波轉換器。

升壓/升壓穩壓器

升壓或升壓穩壓器通過(guò)使用輸入電壓將能量存儲在電感器中，從而產(chǎn)生高于輸入電壓的穩定輸出電壓，并在該電感器開(kāi)啟時(shí)釋放。電感產(chǎn)生的電壓增加了由輸入電壓驅動(dòng)的電容器中已經(jīng)存儲的能量。結果，電容器和電感器結合產(chǎn)生比輸入電壓更大的電壓。輸出電壓由用于驅動(dòng)開(kāi)關(guān)的脈沖寬度模塊信號的標記間隔比決定。

降壓-升壓穩壓器

降壓-升壓轉換器結合了降壓轉換器和升壓轉換器的元件，以針對寬范圍的輸入電壓產(chǎn)生穩定的輸出電壓。雖然效率低于降壓或升壓電路，但它在應對波動(dòng)的輸入電源方面提供了靈活性。

隔離考慮

使用變壓器的開(kāi)關(guān)轉換器為具有安全要求的應用（例如醫療設備）提供輸入和輸出電壓線(xiàn)之間的隔離。具有非隔離輸出的開(kāi)關(guān)轉換器往往體積更小，效率更高。根據定義，DC-DC 線(xiàn)性轉換器將是非隔離的。

反激式轉換器

反激式轉換器是降壓-升壓轉換器的隔離版本，但使用變壓器的初級繞組代替升壓轉換器中的電感器，并使用次級繞組驅動(dòng)輸出。由于額外的變壓器損耗，這種電路設計提供了等效的性能，但效率略低。但是，如果需要，可以調整變壓器的匝數比以管理開(kāi)關(guān)占空比和繞組中的電流以?xún)?yōu)化性能，從而為設計人員提供更多的組件計算權衡機會(huì )。

正向轉換器

正向轉換器類(lèi)似于反激式轉換器，但提供更快的響應時(shí)間，更適合提供更高的電流，但不適用于高輸出電壓，成本更高，并且需要更大的電路板空間 - 由于更高的組件數量。

總之

在電源設計方面有很多選項可供選擇：轉換器和穩壓器、線(xiàn)性和開(kāi)關(guān)模式、隔離和隔離。市場(chǎng)上也充斥著(zhù)用于實(shí)現每個(gè)選項的現成組件，使設計人員能夠選擇最佳選擇并針對其應用對其進(jìn)行優(yōu)化。