高速电源分类及其应用特点

参考自《高速电路设计实践》

电源设计是电路设计中比较复杂的部分。常见的电源电路有整流、斩波、变频、逆变等几种类型。

整流是指将交流电转化为直流电的过程。常见的AC/DC电源器件即属于整流类型。

斩波是指将某一电平的直流电转化为另一电平的直流电的过程，是电路设计中很常见的一种类型，例如常见的DC/DC斩波电路即为斩波电路。

变频是指将某一频率下的交流电转化为另一频率交流电的过程。

逆变是指将直流电转化为交流电的过程。例如将12V或24V直流电转化为220V/50HZ的交流电。

电路设计中，最常见的电源变换类型是直流转直流（即斩波），有两种常见的电源电路实现，即LDO和DC/DC。

一、LDO电路

 如上图所示，LDO(Low Dropout Regulator,低压差线性稳压器)的核心部件是由一个工作在线性区的MOSFET(VT)和一个放大器构成。由R1和R2构成的分压网络对输出电压Vout采样，采样值送往放大器，与内部参考电压Vref比较，差值经放大器放大后，驱动VT，以实现对Vout的调整。当Vout减小时，Vref与采样值的差值增大，放大器输出电压增大，使调整管的压降减小，Vout增大，反之亦然，最终都能使Vout回到设定值。

对于LDO而言，通过调整R1和R2的阻值，就可实现对Vout电压值的调整。

二、DC/DC电源

LDO的优点是低噪声低纹波、应用简单、成本低，输入、输出几乎无延迟，缺点是功耗大、效率低、只能用于降压变换，只支持小电流的输出，无法实现输入和输出的隔离。LDO的这种特性与其内部的晶体管（或MOSFET）工作于线性区有关。

DC/DC克服了LDO所具有的缺点，DC/DC电源的MOSFET工作于开关状态，通过控制MOSFET导通和截至的时间比率，可实现对输出电压值的配置。

与LDO相比,MOSFET最大的优点是功耗低，效率高，支持升压、降压、反向变换，且支持大电流的输出，并且支持输入/输出的隔离，缺点是波纹较大、电路设计复杂、成本较高、输入输出存在较大延迟。

三、DC/DC电源的调制方式

DC/DC电源属于斩波类型，即按照一定的调制方式，不断的导通和关断高速开关（MOSFET）,通过控制开关通断的占空比例，就可以实现直流电源电平的变换。

DC/DC电源的调制方式有三种：PWM方式、PFM方式、PWM与PFM的混合方式，其中，PWM方式比较常见。

PWM是指脉冲宽度调制，PFM是指脉冲频率调制。

PWM采用恒定的开关频率，通过调节脉冲宽度（占空比）的方法来实现稳定电源电压的输出。优点：噪声低、效率高，对负载变化的相应块，且支持连续供电的工作模式。

PFM则通过调节开关频率来实现稳定的电源电压的输出。

四、DC/DC电源分类

根据输出与输入电压的关系。DC/DC电源可以分为降压、升压、反相三种类型。

以降压为目的的DC/DC电源电路称为BUCK电路，以升压为目的的DC/DC电源电路称为BOOST电路，而以反相为目的的DC/DC电源电路称为BUCK/BOOST电路。

五、纹波和噪声

纹波：纹波指电源波动中的低频成分，一般处于5MHZ以内的频段，产生自MOSFET的开关动作。

噪声：噪声指电源波动中的高频成分，一般高于5MHZ,成分比较复杂，包含MOSFET的开关噪声、随机白噪声、以及周围信号的干扰等。