1.开关电源与线性电源的整体比较
开关电源(包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块)与线性电源相比较,最突出的优点是
转换效率高,一般可达80%~85%,高的可达90%~97%;其次,开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器,不仅
重量减轻,体积也减小了,因此应用范围越来越广。但
开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态,输出的纹波和噪声电压较大,一般为输出电压的1%左右(低的为输出电压的0.5%左右),最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV;
而线性电源的调整管工作于线性状态,无纹波电压,输出的噪声电压也较小,其单位是μV。
2.选用的若干原则
2.1
在压差较大或者电流较大的降压电源设计中,建议采用开关电源,避免使用 LDO
采用线性电源(包括 LDO)可以得到较低的噪声,而且因为使用简单,成本低,所以在单板上应用较多。FPGA 内核电源、某些电路板上射频时钟部分的电源等都使用线性电源从更高电压的电源上调整得到。线性电源的基本原理如图所示。输出电压经过采样后和参考电源(由晶体管带隙参考源或者齐纳二极管提供)进行减法运算,差值经过放大后控制推动管上的电压降V dropout =V output -V input , 使得当 V input 变化或者负载电流变化导致 V output 变化时,通过 V dropout 的变化保证 V output 的稳定。
由图中可见,
负载电流全部流过调整管,
而输入电压和输出电压之间的差异全部都加在调整管上。调整管上耗散的功率为 V dropout *I。
当电压差较大时,或者负载电流较大时,稳压器将承受较大的功率耗散。
2.2 LDO和开关电源的一些选型规范
LDO:输入的电源提供的功率为 V input *I,即
采用线性电源时电源功率的计算不能使用负载电压和电流的乘积计算,必须采用线性电源输入电压和负载电流的乘积计算。必须经过计算和热仿真确保系统的正常工作。例如采用 1 只 TO-263 封装的 LDO 将电压从 3.3V 降到 1.2V,负载电流为 1.5A,负载上耗散的功率为 1.8W。此时 LDO 上承担了 2.1V 压降,耗散的功率 3.15W,3.3V 电源提供的功率为 4.95W.
封装的热阻约为 40℃/W,则如果不采取任何散热措施,则温升能够达到约 120℃。对 LDO 必须通过热仿真确定合适的散热措施,并且在 3.3V 电源在预算中必须能够提供 1.5A 的电流(或者 5W 以上的功率) ,保证系统的工作正常。
开关电源:目前我们是在评估完单板的大致功耗和初步需求后,联系电源生产商的技术支持推荐合适的DC/DC芯片。
总之,采用开关电源能够达到很高的效率,对大电流及大压差的场合,推荐采用开关电源进行转换。如果电路对纹波要求较高, 可以采用开关电源和线性电源串联使用的方法, 采用线性电源对开关电源的噪声进行抑制。