各種電源的特性和用途-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯各種電源的特性和用途-設(shè)計應(yīng)用電路板或格式電子系統(tǒng)中有各式各樣的電源電路，隔離型、非隔離型，AC-DC、DC-DC，升壓、降壓等。他們都是為負(fù)載供電，負(fù)載多種多樣，對應(yīng)電源也多種多樣。電源系統(tǒng)概述這里講述的電源是指一種電能轉(zhuǎn)換裝置。我們常見電源家族如圖1.1所示，不同顏色連接線代表不同形式的電能，它們之間存在電能之間的轉(zhuǎn)換，而實現(xiàn)這種電能轉(zhuǎn)換的裝置就是電源。

圖1常見小功率電源家族一覽圖

從圖1.1中可以看出，電池和市電一般不能直接給電子系統(tǒng)供電，使用時需要先將電能轉(zhuǎn)換到Power1線路中，以提供給其它模塊使用。其中電池可以通過升壓或者降壓的DC-DC電源來實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換，市電則可通過AC-DC電源進行電能轉(zhuǎn)換。在對電源要求不高的場合，如充電器、LED驅(qū)動和電機驅(qū)動等應(yīng)用中，Power1可以直接提供電能在過去，AC-DC電源經(jīng)常使用一個工頻變壓器降壓，然后通過整流濾波電路的線性電源獲得Power1，這樣的電源體積大，而且效率不高，隨著開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展和推廣，這種線性電源逐漸被開關(guān)電源代替，并得到廣泛應(yīng)用。許多公司陸續(xù)推出高性能的AC-DC電源芯片，如安森美（ON）推出的NCP1075，不僅效率高、靜態(tài)功耗小，而且外圍器件非常少、電路簡單，如圖2所示，即便是菜鳥，也能很快上手，大大減少了電源開發(fā)難度和縮短了開發(fā)周期，非常有利于開關(guān)電源的推廣。

圖2NCP1075應(yīng)用電路圖

高效率準(zhǔn)諧振（QR）和高功率因數(shù)單級PFC反激電源也得到了快速發(fā)展，可能很快成為AC-DC電源主流，代表IC如安森美（ON）推出的NCP1380和NCP1247。在運算放大器、傳感器、MCU和基準(zhǔn)源等應(yīng)用中，它們對電源的紋波噪聲和電壓精度要求比較高，那么Power1還需要經(jīng)過線性電源轉(zhuǎn)換到Power4線路中，才能給其系統(tǒng)供電。傳統(tǒng)的線性電源一般采用NPN機構(gòu)作為功率管，或者用達林頓結(jié)構(gòu)功率管，如圖3所示，LM7805和LM317等，都是這種結(jié)構(gòu)。這類電源的特點是要求輸入電壓比輸出電壓高1.5V以上，如果輸入輸出壓差比較小，這種穩(wěn)壓方式就不能滿足要求了。

圖3使用NPN作為功率管

為了解決低壓差問題，以PNP作為功率管的新品種——LDO應(yīng)運而生。因為使用PNP作為功率管，如圖4所示，所以輸入輸出的壓差可以很低，如美國的MPS公司的MP20229，輸入輸出壓差可以小到50mV，非常適用于低壓差的場合。

圖4使用PNP做功率管

線性電源已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。然而，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品對電源功率要求越來越大，那么線性電源就有些力不從心了。原因在于線性電源效率一般在60%以下，比較低，如果耗散功率大，還需要加散熱片，致使它遠遠不能滿足電子產(chǎn)品高集成化和高能效要求。就在這個時候，高性能的DC-DC開關(guān)電源便逐漸受到廣大工程師的青睞。早期的DC-DC開關(guān)電源因其存在固有的開關(guān)噪聲給許多工程師留下了不好的影響，正因如此，在選擇電源的時候，很多人會首先考慮線性電源。然而，現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展突飛猛進，DC-DC開關(guān)電源在性能上也取得了驚人的發(fā)展。尤其是美國的MPS公司，通過改進生產(chǎn)工藝和技術(shù)創(chuàng)新，推出各種應(yīng)用場合的高品質(zhì)電源IC，已經(jīng)廣泛用到智能手機、筆記本電腦、汽車和工業(yè)控制等行業(yè)。MPS近推出的MP2161GJ電源方案，如圖5所示，不僅電路簡單，而且性能優(yōu)越，紋波噪聲可以小到20mV以下，頻率可以到1.5MHz，輸出電流到達2A，體積非常小，可以完美取代線性電源，成為高集成電源的理想方案。這正是將Power1電能轉(zhuǎn)換成Power3電能的裝置——高性能DC-DC開關(guān)電源。

圖5MP2161GJ應(yīng)用電路

除了上述電源以外，在一些分布式供電系統(tǒng)和工控電源系統(tǒng)應(yīng)用中，如圖1.1右側(cè)部分，它們需要消除共模干擾、浪涌沖擊和實現(xiàn)安全隔離，電源隔離是必要的，所以就形成了Power1電能換成Power2電能的DC-DC隔離電源產(chǎn)業(yè)。然而隔離電源的設(shè)計難度大，制作工藝要求高，很難通過自行設(shè)計并做出理想的產(chǎn)品，因此，隔離電源模塊化成為必然發(fā)展方向。一些公司如廣州致遠電子股份有限公司將隔離電源設(shè)計成模塊,如圖6所示，它們只有輸入和輸出端子，不需要加