線性穩(wěn)壓器和SMPS的基本概念及優(yōu)缺點(diǎn)分析PDF文件說(shuō)明

　　本文介紹線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）的基本概念。主要面向不太熟悉電源設(shè)計(jì)和選擇的系統(tǒng)工程師。還介紹了線性穩(wěn)壓器和 SMPS 的基本工作原理并討論了每個(gè)解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)。此外，以降壓轉(zhuǎn)換器為例進(jìn)一步說(shuō)明了開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)考慮因素。

　　當(dāng)今的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要越來(lái)越多的供電軌和供電解決方案，負(fù)載范圍從備用電源的幾 mA 到 ASIC 穩(wěn)壓器的 100A 以上不等。為目標(biāo)應(yīng)用選擇合適的解決方案并滿足指定的性能要求至關(guān)重要，如高效率、緊密印刷電路板（PCB）空間、準(zhǔn)確的輸出電壓調(diào)節(jié)、快速瞬態(tài)響應(yīng)、低解決方案成本等。對(duì)于許多可能沒(méi)有強(qiáng)大電源技術(shù)背景的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，電源管理設(shè)計(jì)工作變得越來(lái)越頻繁，越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性。電源轉(zhuǎn)換器從給定輸入電源為負(fù)載生成輸出電壓和電流。它需要在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)條件下滿足負(fù)載電壓或電流調(diào)節(jié)要求。還必須在組件出現(xiàn)故障時(shí)保護(hù)負(fù)載和系統(tǒng)。根據(jù)具體應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員可選擇線性穩(wěn)壓器（LR）或開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）解決方案。為了更好地選擇解決方案，設(shè)計(jì)人員必須熟悉各種方法的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和設(shè)計(jì)考慮因素。本文重點(diǎn)關(guān)注非隔離電源應(yīng)用，并介紹其操作和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)。

　　線性穩(wěn)壓器的工作原理

　　我們先來(lái)舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子。在嵌入式系統(tǒng)中，前端電源提供一個(gè) 12V 總線供電軌。而在系統(tǒng)板上，運(yùn)算放大器需要 3．3V 供電電壓。產(chǎn)生 3．3V 電壓最簡(jiǎn)單的方式是對(duì) 12V 總線使用電阻分壓器，如圖 1 所示。效果好嗎？答案通常是否定的。在不同的工作條件下，運(yùn)算放大器的 VCC 引腳電流可能有所不同。 如果使用固定電阻分壓器，IC VCC 電壓會(huì)隨著負(fù)載的不同而不同。而且，12V 總線輸入可能調(diào)節(jié)不佳。同一系統(tǒng)中可能有多個(gè)其他負(fù)載共用 12V 供電軌。由于總線阻抗，12V 總線電壓隨總線負(fù)載條件而變化。因此，電阻分壓器無(wú)法向運(yùn)算放大器提供經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的 3．3V 電壓，來(lái)確保正常運(yùn)行。因此，需要專用電壓調(diào)節(jié)環(huán)路。如圖 2 所示，反饋環(huán)路需要調(diào)節(jié)頂部電阻 R1 值，以便在 VCC 上動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) 3．3V。