電源的基礎(chǔ)知識(shí)

電源如人體的心臟，是所有電子設(shè)備的動(dòng)力。一般電力（如市電）都要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能提供給用電設(shè)備使用，如交流轉(zhuǎn)換為直流（AC-DC），高壓轉(zhuǎn)換為低壓等等，根據(jù)轉(zhuǎn)換的主要方式可分為線性電源和開關(guān)電源。這次主要講一下線性電源的一些基礎(chǔ)知識(shí)。

什么是線性電源？

（1）串聯(lián)穩(wěn)壓與并聯(lián)穩(wěn)壓

串聯(lián)穩(wěn)壓（常用）：

調(diào)整器件與負(fù)載串聯(lián)，電源電流與負(fù)載相等，靜態(tài)損耗小，電壓差決定效率。

并聯(lián)穩(wěn)壓（不常用）：

調(diào)壓器件與負(fù)載并聯(lián)，要按照最大負(fù)載電流考慮限流環(huán)節(jié)，靜態(tài)損耗大！但優(yōu)點(diǎn)是負(fù)載瞬態(tài)特性不反應(yīng)到電源輸入端。

（2）串聯(lián)穩(wěn)壓的原理

基于負(fù)反饋調(diào)節(jié)

根據(jù)負(fù)反饋原理（虛短路），電阻R2的電壓等于Uref基準(zhǔn)源電壓。同時(shí)，R2的電壓又等于R1、R2對(duì)Uo的分壓比。

所以可得：Uref=Uo*R2/（R1+R2）

即：Uo=Uref*（1+R1/R2）

【1】基準(zhǔn)源Uref：提供穩(wěn)定不變的電壓

【2】采樣電阻：對(duì)輸出電壓采樣分壓

【3】誤差放大：根據(jù)采樣值與實(shí)際值的差異，給出調(diào)節(jié)信號(hào)

【4】調(diào)整管調(diào)整：根據(jù)調(diào)節(jié)信號(hào)調(diào)節(jié)輸出電壓

（3）線性電源的實(shí)際應(yīng)用

老式小功率電器電源

外表

內(nèi)部

【1】工頻變壓器（50/60Hz）：將220V交流電網(wǎng)電壓通過變壓器降至合適的交流低壓

【2】整流橋：對(duì)交流低壓進(jìn)行全波整流

【3】輸入濾波：對(duì)全波整流后的電壓進(jìn)行預(yù)濾波

【4】三端穩(wěn)壓器：根據(jù)型號(hào)不同，可產(chǎn)生固定輸出電壓，與可調(diào)節(jié)輸出電壓

【5】輸出濾波：對(duì)輸出電壓進(jìn)行濾波，進(jìn)一步減小紋波

音頻功放用電源

在一些音頻電路功放中（主要是甲類、甲乙類），為了減少電源帶來的噪聲干擾，最終輸出最純正的音質(zhì)，其電源常采用線性電源。

實(shí)驗(yàn)、儀器、測試用線性穩(wěn)壓電源

在對(duì)于一些對(duì)噪聲敏感的場合中，比如在一些實(shí)驗(yàn)或者使用一些高精度儀器的過程中，會(huì)使用線性電源而不是開關(guān)電源，這些場合不會(huì)去追求效率，而主要是避免噪聲帶來的實(shí)驗(yàn)與測量誤差。

（4）線性電源與開關(guān)電源的區(qū)別

線性電源：

線性直流穩(wěn)壓電源是通過工頻（頻率為50Hz的交流電）變壓器將電壓變至所需要的值，再經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等電路，輸出為穩(wěn)定直流電。

這類電源有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是它的功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū)，靠調(diào)整管之間的電壓降來穩(wěn)定輸出。由于調(diào)整管的損耗根據(jù)壓差決定，通常損耗會(huì)很大，所以會(huì)需要安裝一個(gè)很大的散熱器給它散熱。而且由于變壓器工作在工頻（50Hz/60Hz),所以重量較大。

開關(guān)電源：

開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源是讓交流電直接經(jīng)過整流電路，經(jīng)電容濾波后變?yōu)楦邏褐绷麟?，高壓直流電?jīng)過開關(guān)后，加到開關(guān)變壓器上?？刂崎_關(guān)的“閉合”和“斷開”的速度，就可在通過開關(guān)變壓器形成不同頻率的交流電，開關(guān)速度越快，頻率就越高。這樣在開關(guān)變壓器的次級(jí)相應(yīng)地感應(yīng)出高頻電壓，最后經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等電路得到穩(wěn)定的直流電。

開關(guān)電源工作頻率在幾十KHz到幾MHz。功率管不是工作在飽和就是截止區(qū)即開關(guān)狀態(tài)；開關(guān)電源因此而得名。

（5）線性電源的優(yōu)缺點(diǎn)（對(duì)比開關(guān)電源）

線性電源的主要優(yōu)點(diǎn)：

1.電路簡單可靠

2.電氣噪聲低

3.對(duì)電網(wǎng)污染小等

線性電源主要缺點(diǎn)：

1. 靈活度差

2.笨重、體積大

3.效率較低

開關(guān)電源的主要優(yōu)點(diǎn)：

1.體積小、重量輕

2.效率高

3.應(yīng)用靈活

開關(guān)電源的主要缺點(diǎn)：

1.電路復(fù)雜

2.電磁干擾大

三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM317的應(yīng)用

可調(diào)穩(wěn)壓源

Uf=R1*If

Uo=(R2+R1)*If

Uo=(R2+R1)*Uf/R1

Uo=Uref（1+R2/R1）=1.25*（1+R2/R1）

Uf=R1*If

IL=If

IL=Uref/R1=1.25/R1

低壓差線性穩(wěn)壓源（LDO）

LDO原理

（1）調(diào)整管由運(yùn)放下拉驅(qū)動(dòng)，輸出電壓不會(huì)受到運(yùn)放輸出擺幅限制

（2）壓差僅受調(diào)整管的飽和壓降/導(dǎo)通電阻限制

LDO器件——TL1963A介紹

TL1963A是低壓差（LDO）穩(wěn)壓器，針對(duì)快速瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了優(yōu)化。該器件可提供1.5 A的輸出電流，壓差為340 mV。工作靜態(tài)電流為1 mA，關(guān)斷時(shí)降至1μA以下。除快速瞬態(tài)響應(yīng)外，TL1963A穩(wěn)壓器還具有極低的輸出噪聲，因此非常適合敏感的RF電源應(yīng)用。輸出電壓范圍為1.21 V至20 V。TL1963A的輸出電容低至10μF。可以使用小型陶瓷電容器，而無需像其他調(diào)節(jié)器那樣添加ESR。內(nèi)部保護(hù)電路包括反向輸入保護(hù)，限流，熱限制和反向電流保護(hù)。此器件可提供1.5 V，1.8 V，2.5 V，3.3 V的固定輸出電壓，以及具有1.21 V基準(zhǔn)電壓的可調(diào)器件。

1）輸入電壓調(diào)整率（電源調(diào)整率）RegLine：

穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力，在其他參數(shù)不變的情況下，輸入電壓發(fā)生變化，引起輸出穩(wěn)態(tài)電壓的變化。

2）負(fù)載調(diào)整率RegLoad：

穩(wěn)壓電源克服負(fù)載變化的能力

3）溫度系數(shù)TC：

穩(wěn)壓電源克服環(huán)境溫度變化的能力

4）靜態(tài)電流IQ ：穩(wěn)壓電路自身的損耗電流。

5）最大輸出電流Io(max)：

室溫散熱良好條件下，穩(wěn)壓器最大連續(xù)輸出電流能力（過流保護(hù)）

6）壓差UDrop（Dropout Voltage）：

保證穩(wěn)壓器正常工作，輸入電壓與輸出電壓差Ui-Uo的最小值當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸入電壓Ui

7）效率η：

輸出功率Po與輸入功率PE的比值

電容的選擇

（1）高頻濾波電容與低頻濾波電容的搭配使用

大電容與小電容的頻率特性不同，大電容容量大，但高頻特性差，對(duì)于一些高頻噪聲無法有效的抑制，所以需要并聯(lián)小電容改善電源的高頻特性。

但是注意電容的非理想?yún)?shù)，在某些頻率下，已經(jīng)大于大電容的自諧振點(diǎn)，其將會(huì)成感性，但小電容還成容性，兩者可能會(huì)構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，當(dāng)兩個(gè)電容差別3個(gè)數(shù)量級(jí)以上時(shí)，要特別小心。

（2）整流后的平滑濾波電容的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算

關(guān)注Dropout Voltage

電壓與輸出電流和溫度的關(guān)系

TL1963A的Dropout Voltage

LM1117的Dropout Voltage

LM78XX的Dropout Voltage

保護(hù)電路與散熱處理

（1）三端穩(wěn)壓器的反壓保護(hù)

（2）三端穩(wěn)壓器的熱損耗及散熱處理

電路與PCB 設(shè)計(jì)

（1）PCB走線寬度與電流的關(guān)系

（2）獨(dú)立電壓采樣走線

采樣電路在最末端，直接從負(fù)載輸出端取電壓，采樣線上不走大電流，避免各種采樣誤差（可調(diào)線性電源和開關(guān)電源通用）

（3）電容的位置與最小回流路徑（通用）

多個(gè)電容并聯(lián)時(shí)，小容量的電容應(yīng)更靠近芯片電源引腳

這個(gè)視頻中，涵蓋的內(nèi)容可以說是很多很多了，你們期待的國一學(xué)長吳必成真真是吧看家的本領(lǐng)都交給你們了，可別光說不練吶！