技術(shù)資訊 | 線性電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵考慮因素

關(guān)鍵要點(diǎn)

了解什么是線性電源及其應(yīng)用

創(chuàng)建準(zhǔn)系統(tǒng)線性電源設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)技巧和要求

穩(wěn)壓器組件的功能、結(jié)構(gòu)和操作元件

簡(jiǎn)單的線性電源，帶有變壓器、整流器、平滑電容器和穩(wěn)壓器 IC線性電源是沒(méi)有任何開(kāi)關(guān)或數(shù)字元件的電源單元。線性電源 （PSU） 能夠產(chǎn)生多個(gè)輸出電壓 — 非常高或非常低的電壓。它們相對(duì)更大更重，需要更大的散熱器。它們具有低噪聲、低紋波、不受電源噪聲影響、相對(duì)較少的組件，并且易于維修和設(shè)計(jì)。讓我們來(lái)探討一下線性電源設(shè)計(jì)的確切含義。

線性電源特性

線性電源通常將各種電子設(shè)備的市電交流電壓轉(zhuǎn)換為較低的直流電壓。交流市電電壓通常為120V@60Hz或220V@50Hz，然后通過(guò)線性電源轉(zhuǎn)換為所需的直流級(jí)電壓。線性電源模塊可以為較大的電路提供固定的任意直流電壓或各種電壓（+5， +12， -12 V）。它們還可以創(chuàng)建雙極性電壓，例如用于運(yùn)算放大器的±15V，或相互鎖定電壓的雙跟蹤電源。線性電源的常見(jiàn)用途是通信系統(tǒng)、放大器、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備、各種控制電路和大功率工業(yè)設(shè)備。線性電源輸出電壓的示例包括：

• 用于微處理器電路的+5V邏輯
• 0-30V用于臺(tái)架測(cè)試電源
• ±15V，用于運(yùn)算放大器電路
• +12V LED照明及其他通用電子產(chǎn)品
• +14.5V電池充電

線性電源設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

以下是線性 PSU 設(shè)計(jì)的常見(jiàn)注意事項(xiàng)和要求：

• 輸入范圍，包括電壓、電流和頻率
• 變壓器上的轉(zhuǎn)換率或匝數(shù)比
• 輸出電壓和地之間的噪聲抑制所需的共模抑制比 （CMRR）
• 電源和電源之間的隔離
• 輸出電壓的峰值和平均值之差，稱為紋波電壓
• 輸出功率要求
• 特定負(fù)載和線路調(diào)整要求
• 其他功能，如折返電流限制
• 低壓差特性

線性電源設(shè)計(jì)架構(gòu)

基本線性電源架構(gòu)所需的組件線性電源設(shè)計(jì)所需的主要組件包括：

• 通過(guò)開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)絲或指示燈連接到主電源。確保使用良好的接地，并用套管絕緣任何裸露的電線以保護(hù)電源。
• 具有基于所需輸出電壓的匝數(shù)和結(jié)構(gòu)的變壓器。這用于隔離下游電路的其余部分，使其免受電源參考。變壓器可能有多個(gè)抽頭，以允許不同的電源輸入電壓和次級(jí)抽頭以獲得所需的輸出電壓。一些變壓器可能在初級(jí)抽頭和次級(jí)抽頭之間有一個(gè)銅箔屏蔽，以減少電容耦合到高頻電源噪聲。
• 將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流的整流器。一般來(lái)說(shuō)，全波橋式整流器是最合適的。但是，請(qǐng)確保您選擇的二極管經(jīng)過(guò)精心計(jì)算。使用便宜或小的二極管可能會(huì)導(dǎo)致電流過(guò)大或過(guò)壓尖峰引起的故障。選擇具有高峰值反向電壓的二極管除了使用更長(zhǎng)的引線以獲得更好的散熱外，還可能會(huì)有所幫助。小電容器也可以并聯(lián)放置，以便更快地恢復(fù)。
• 平滑電容器用于減少整流器輸出準(zhǔn)直流電壓上的交流紋波量。具有低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容器，例如鉭基電容，可以更好地處理紋波。
• 穩(wěn)壓器用于降壓并向負(fù)載提供恒定的直流電壓。它可以是串聯(lián)、分流、簡(jiǎn)單或復(fù)雜的穩(wěn)壓器。此組件很復(fù)雜，將在以下部分中進(jìn)一步討論。

穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)

穩(wěn)壓器可以有各種形狀的尺寸，最終用于接收直流電壓并將其降壓。穩(wěn)壓器使用反饋來(lái)保持輸出電壓恒定，與輸入電壓或負(fù)載的變化無(wú)關(guān)。如果負(fù)載開(kāi)始消耗更大的電流，線性穩(wěn)壓器將檢測(cè)到這一點(diǎn)并進(jìn)行調(diào)整以提供更大的功率。它通過(guò)反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。對(duì)輸出電壓的一小部分進(jìn)行采樣，并與固定基準(zhǔn)進(jìn)行比較。差值被放大并用于控制調(diào)節(jié)元件（通常是晶體管或多個(gè)晶體管的配置）以減少電壓誤差。例如，在負(fù)載拉動(dòng)更多電流而輸出過(guò)低的情況下，對(duì)這種差值進(jìn)行采樣、放大，然后用于控制調(diào)節(jié)晶體管以允許更多的電流通過(guò)，從而將電壓提高到所需值。在折返電流限制、低壓差功能、線路和負(fù)載調(diào)整要求或其他電源特定要求的情況下，您的穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)就是實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的地方。線性電源設(shè)計(jì)效率低下（與開(kāi)關(guān) PSU相比）;任何額外的功率都以熱量的形式通過(guò)控制元件耗散。因此，將適當(dāng)尺寸的散熱器連接到穩(wěn)壓器，特別是控制晶體管，至關(guān)重要。

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