浅谈线性稳压电源和开关稳压电源（开关电源）

目前现有电源主要分为两大类：线性稳压电源和开关稳压电源（开关电源）。

 

线性稳压电源

线性稳压电源经过变压、整流、滤波、稳压实现电源稳压。

优点：稳定性好，瞬态响应速度快，可靠性高，输出电压精度高，输出纹波电压精度小。

缺点：变换效率较低，尤其是在输入输出电压差较大的情况下。如果输出电流也较大，会有明显的发热发烫现象，甚至可能烧坏稳压器。

线性稳压电源构成：

 

低压差线性稳压器的主要参数

输出电压

低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。

固定输出电压稳压器：输出电压是经过厂家精密调整的，稳压器精度很高。

可调输出电压：根据稳压器ADJ引脚两端的电阻来调节输出电压。

最大输出电流

输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本。

输入输出电压差 

在保证输出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。比如，5.0V的低压差线性稳压器，只要输入5.5V电压，就能使输出电压稳定在5.0V。

接地电流 

串联调整管输出电流为零时，输入电源提供的稳压器工作电流。该电流有时也称为静态电流，负载调整率

线性稳压器负载调整率越小，说明LDO抑制负载干扰的能力越强。

电源抑制比

线性稳压器输入源往往许多干扰信号存在。PSRR反映了线性稳压器对于这些干扰信号的抑制能力。

 

线性稳压电源设计注意：

散热：

由于线性稳压器的特性决定，压差部分的功耗是要通过芯片本身的散热释放出去的。如果压差和电流较大，那么器件上消耗的功耗就会比较大，散热问题就必须考虑。如果在PCB设计的时候没有留下足够的散热空间，那么随着系统的运行，线性稳压器芯片就会越来越烫。在持续高温的环境下运行会严重影响系统寿命。

解决方法：

在电路设计时计算线性稳压器上消耗的功率，消耗功率大时增加散热片，通过在稳压器下面放置过孔，区域覆铜连接地。

压差：

线性稳压器可以稳定的压差有限制，在选择线性稳压器时应查阅手册，看选择的线性稳压器是否可以满足降压需求。

旁路电容的选择：

线性稳压器的外围电路就是几颗旁路电容。这几颗电容的选择也要参考器件的数据手册，一般情况在输入输出端接10uf和100nf的电容。旁路掉高频信号以及干扰。在原理图设计的时候，100nf的电容要尽量靠近线性稳压器。用来消除线性稳压器产生的噪声。

 

开关电源

开关电源通过控制调整管的通断时间实现稳压。

优点：体积小，重量轻，功耗小，稳压范围宽，效率在80%~90%。

缺点：输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。

使用：在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器，就可以实现有源滤波，而且也可大大提高输出电压的稳压精度，同时电源系统的效率也不会明显降低。

开关电源构成：

 

Ui为整流滤波后的直流电压、Uo为转换后的直流输出电压、DC-DC转换器用于功率转换。

开关电源的分类：

无论哪种开关电源，调整管总是工作在开关状态，驱动调整管的电压可以是方波脉宽调制电压，也可以是正弦波的谐振电压。

根据驱动电压可以分为自激式和他激式。

自激式：利用调整管，开关变压器辅助绕组构成正反馈，实现自激振荡，实现稳压。

他激式：使用专设振荡器产生脉冲控制调整管。

 

根据转换器电路结构方式分为非隔离型和隔离型。

非隔离型：输入和输出共地，适合低压直流转换的场合，包括降压式，升压式，升降压式。

隔离式：输入输出进行隔离。包括反激式，正激式，推挽式，半桥式，全桥式。

 

根据开关管的脉冲调制方式分为脉宽调制型，频率调制型，混合调制型。

脉宽调制型：通过改变开关管的导通时间来控制占空比，从而调节和稳定输出电压。

频率调制型：开关管的导通时间不变，通过改变开关管的脉冲频率来调节和稳定输出电压。

混合调制型：开关管的导通时间和脉冲频率都改变，没而来调节和稳定输出电压。

电源设计PCB布线：

1）芯片的电源引脚和地线引脚之间应进行去耦。去耦电容应贴近芯片安装，使去耦电容的回路面积尽可能减小。。
2）尽量加宽电源线、地线宽度，最好是地线比电源线宽。电源线应布1mm以上。
3）两层板表层走多条电源信号，另一层走多条地信号，让电源和地信号像“井”字形排列，基本上不走环线。
4）数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路，即构成一个地网来使用，模拟电路的地不能这样使用。
5）用大面积铜层作地线，在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用，或是做成多层板，电源和地线各占用一层。
6）一般都是就近接地，但要区分模拟和数字地：模拟器件就接模拟地，数字器件就接数字地；大信号地和小信号地也分开来。
7）同时具有模拟和数字功能的电路板，模拟地和数字地通常是分离的，只在电源处连接避免相互干扰。不要把数字电源与模拟电源重叠放置，否则就会产生耦合电容，破坏分离度。
8）应避免梳状地线，这种结构使信号回流环路很大，会增加辐射和敏感度，并且芯片之间的公共阻抗也可能造成电路的误操作。
9）选用贴片式芯片时，尽量选用电源引脚与地引脚靠得较近的芯片，可以进一步减小去耦电容的供电回路面积，有利于实现电磁兼容。板上装有多个芯片时，地线上会出现较大的电位差，应把地线设计成封闭环路，提高电路的噪声容限。

10）相同结构电路部分，尽可能使用“对称式”布局。