嵌入式常用两类电源研究(DC-DC和LDO)

2019-07-13 23:55发布

在开头先说明一个关系:LDO严格来讲DC-DC也是DCDC的一种,但目前大家更愿意把开关电源叫做DC-DC
一、电源分类
a.一次电源:AC-DC
从电网取电经高压整流滤波得直流电压,供次级电源使用,功率从几瓦特到几千瓦特均有产品,应用于不同的场合。
b.二次电源:DC-DC(广义)
一般将24V或者48V转化为设备的正常工作电压,一般它又分为中央供电、分层供电、单板供电。
二、稳压电源的分类
1.交流稳压电源(由于是交流部分不做赘述)
作用:用以提供稳定电压和频率的电源
分类:
a.参数调整型(利用LC串联谐振原理)
b.自耦(变比)调整型
c.开关型交流稳压电源
2.直流稳压电源的种类及应用
  • a.化学电源(电池就是一个例子)
  • b.低压差线性稳压器(LDO)注意与线性稳压电源区分
    功率调整管工作在线性区,靠调整管之间的电压压降来达到稳定输出电压的目的
  • c.开关型交流稳压电源(习惯称为DC-DC)
    具有 boost(升压)、buck(降压)、Boost/buck(升/降压)和反相结构
三、对比DC-DC和LDO
在这里插入图片描述
四、开关电源DC-DC的研究
是DC-AC-DC的逆变模型
电路特点:传输元件在每个周期完全接通和切断,电路中肯定包含一个电感。
具有具有 boost(升压)、buck(降压)、Boost/buck(升/降压)和反相结构等多种拓扑结构。
1.降压:buck
在这里插入图片描述
上图所示第一个运放做电压比较器,第二个做误差放大器
二极管在三极管关断时构成续流回路,采用快恢或者肖特基
电感用来存储能量,在三极管关断时给负载间接供电
电容是输出滤波器
区分降压buck的一个概念:同步和非同步
如上图续流元件为二极管时为非同步,当把二极管更换成一个开关元件MosFET时就成了同步拓扑。
非同步的优缺点:a.输出电流变化时,二极管压降相当稳定
b.二极管损耗效率较低
c.低成本
d.应用时输出电压应该比较高
同步的优缺点: a.MosFET压降低
b.电源效率在输出电压较低时相对高
c.需要额外的控制电路
d.成本相对较高
对于同步Buck来说控制逻辑做的相对不是特别好时会有直通现象发生,烧芯片
效率的话,硅管0.5-0.7V 锗管0.3-0.5V
一般来讲占空比越大效率越大,损耗越小
效率的计算方法:n = 输出功率/(输出功率+损耗功率)
若要输出0.5v电压时,那么使用同步就比非同步效率要高。 2.升压:boost
在这里插入图片描述
工作原理:
三极管导通时,电感L1充电,三极管断开电感和电源同时给后级供电,如此快速周而复始,就完成了升压。
输出:Uout = Uin(1-DC)
其中DC = Ton/T (T为周期,Ton为一个周期内的导通时间)
3.升降压:Boost/buck
在这里插入图片描述
电压的升降效果是由控制的占空比决定的。 五、怎么区分稳压器和控制器
控制器:开关和二极管位于IC外部 i>3A
稳压器:一个封装中包含开关元件和二极管 i<3A
二者的主要区别在散热上:热阻与散热面积成正比。
六、如何理解开关电源效率高,LDO响应快? LDO线性稳压电源:内部结构简单,反馈环路短因此噪声小,而且瞬态响应快(当输出电压变化时补偿快速),但是由于输入和输出的压差全部落在MosFET上,故效率低。
故LDO一般应用在小电流对电压稳定性要求高的应用上。 DC-DC开关稳压电源:内部结构相对复杂,影响输出噪声的因素多且其反馈回路长因此其噪声比LDO大,且瞬态响应比较慢。但是由于开关电源的结构,其内部的MosFET处于完全开和完全关两种状态,除了驱动MosFET和MosFET的内阻耗能外,电感电容不会去消耗能量,其他能量均被用在了输出上。