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技術(shù)專(zhuān)題
使用開(kāi)關(guān)穩壓器與線(xiàn)性穩壓器進(jìn)行DC-DC轉換
大多數設計人員談?wù)摴β收{節和DC-DC轉換時(shí)，他們專(zhuān)注于效率并談?wù)撻_(kāi)關(guān)調節器。比較開(kāi)關(guān)穩壓器與線(xiàn)性穩壓器時(shí)，這是有道理的。對于低電平電路，可以使用高效的開(kāi)關(guān)穩壓器作為IC。那么線(xiàn)性穩壓器在哪里適合DC-DC轉換領(lǐng)域，您如何在功率調節策略中使用它們呢？
通常，是使用開(kāi)關(guān)穩壓器還是線(xiàn)性穩壓器，還是級聯(lián)穩壓器的組合，取決于未穩壓源的性質(zhì)。如果您專(zhuān)門(mén)設計功率調節器來(lái)適應電源的行為，則可以減少組件數量和系統復雜性。這是每種類(lèi)型的調節器如何在DC-DC轉換中發(fā)揮作用，以及如何設計電路以適應未調節的電源。
功率轉換中的開(kāi)關(guān)穩壓器與線(xiàn)性穩壓器
開(kāi)關(guān)穩壓器和線(xiàn)性穩壓器用于各種系統，并且多個(gè)穩壓器可以級聯(lián)（即，串聯(lián)放置）。轉換為高直流電壓后，通常會(huì )使用另一個(gè)開(kāi)關(guān)穩壓器/ VRM為特定電路模塊提供所需的輸出電壓?；蛘?，您可以在輸出級使用線(xiàn)性穩壓器來(lái)提供穩定的輸出，并留有一定的余量。這是放置低壓差穩壓器的典型位置。
這種將多個(gè)調節器串聯(lián)放置的調節策略非常普遍，并且比單個(gè)調節器具有多個(gè)優(yōu)勢。下面顯示了顯示此示例策略的框圖。
適應交流電源
上述策略旨在在非穩壓DC和穩壓DC之間進(jìn)行轉換，但也可以與AC線(xiàn)路輸入一起使用。為此，只需在第一個(gè)開(kāi)關(guān)轉換器的輸入處放置一個(gè)全波二極管電橋。
開(kāi)關(guān)轉換器會(huì )在未調節的輸入AC電流上引起諧波失真，從而降低調節器的整體效率。因此，功率因數校正（PFC）電路用于消除AC電流尖峰并使輸入AC電流呈現正弦波并帶有一些波紋。根據歐洲EMC準則，必須使用PFC電路，這有助于減少主電源消耗的過(guò)多功率。
轉換器安排
上圖中的第一轉換器級通常是開(kāi)關(guān)穩壓器。這樣做是因為轉換器通常需要將高電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較高的PSRR，以便在相關(guān)頻率范圍內提供較大的噪聲/紋波抑制。
上述策略中的輸出轉換器可以是開(kāi)關(guān)穩壓器或線(xiàn)性穩壓器，具體取決于確切的功率要求，第一轉換器級中的任何控制機制以及未穩壓電源的行為。
就紋波噪聲而言，線(xiàn)性穩壓器趨向于在更寬的頻率范圍內提供紋波抑制，從而使其可用于抑制來(lái)自上游穩壓器的寬帶噪聲。這是上述策略中經(jīng)常在輸出上使用線(xiàn)性穩壓器的原因之一。
通常在輸出上使用的線(xiàn)性穩壓器是LDO穩壓器。只要輸入電壓高于調節器的裕量，這些調節器就會(huì )使用運算放大器將調節器的輸出設置為所需的電平。開(kāi)關(guān)穩壓器也可以用于輸出，這再次取決于所需的降壓電平，輸入到最終穩壓器的信號是否會(huì )變化以及它是否包含控制電路。
開(kāi)關(guān)穩壓器與線(xiàn)性穩壓器的比較
由于第一個(gè)轉換器通常會(huì )提供較大的輸入電壓降壓，因此一般在此階段使用開(kāi)關(guān)穩壓器。這是因為開(kāi)關(guān)穩壓器非常高效，如下表所示。開(kāi)關(guān)穩壓器的三種常見(jiàn)拓撲是降壓（降壓），升壓（升壓）或降壓-升壓（可通過(guò)調節PWM信號的占空比進(jìn)行配置）。如上所述，最后的調節器級可以是線(xiàn)性調節器或LDO調節器。
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|
線(xiàn)性穩壓器 |
開(kāi)關(guān)穩壓器 |
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效率 |
低（通常為60％至70％） |
高（通常為95％） |
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控制方式 |
被動(dòng)或有源運算放大器 |
PWM信號 |
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極性 |
與輸入電壓相同 |
可逆的 |
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縮放比例 |
降壓 |
升壓或降壓 |
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最高 電壓輸出 |
低 |
中到高 |
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PSRR |
寬帶，高達?70 dB（取決于頻率） |
?50至100 dB，取決于頻率 |
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噪聲 |
匹配輸入紋波的低頻噪聲 |
-由于PWM信號和開(kāi)關(guān)而產(chǎn)生的10-1,000 kHz噪聲。 -輸出波紋。 |
下面的流程圖顯示了一種典型的功率調節策略，其中在電源轉換器的輸出上使用了LDO。開(kāi)關(guān)轉換器將未穩壓的輸入降壓并抑制低頻紋波。第二個(gè)開(kāi)關(guān)轉換器將輸出剛好高于LDO裕量的電壓，并且LDO將輸出所需的電壓電平。
第二個(gè)穩壓器上的反饋電路可以補償輸入電壓電平的任何上游變化。在這種情況下，當電壓輸出下降到選定電平以下時(shí)，反饋電路會(huì )增加第二個(gè)穩壓器中的PWM占空比，從而補償穩壓器輸出上的任何電壓下降。當非穩壓電源可能來(lái)自電池，機電逆變器或其他輸入范圍較大的電源時(shí)，這種情況很常見(jiàn)。