直流稳压电源
直流稳压电源的分类及原理

直流稳压电源的分类及原理直流稳压电源是一种能够将交流电转换为稳定的直流电并提供给各种电器设备使用的装置。
它主要由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等组成。
根据其输出方式和输出电压特点,可以将直流稳压电源分为线性稳压电源和开关稳压电源。
一、线性稳压电源线性稳压电源是利用线性元件(如二极管、三极管、场效应管等)将交流电转换为直流电,并通过稳压电路将输出电压维持在稳定的水平。
线性稳压电源的原理如下:1.变压器:将输入电源的电压变换为适合的电压,通常会降低电压。
2.整流电路:通过二极管或三极管将交流电转换为半波或全波的脉动直流电。
3.滤波电路:使用电容器对脉动电流进行滤波,使得输出电流平滑化。
4.稳压电路:通过负反馈机制控制输出电压,使其保持在稳定值。
线性稳压电源具有输出电压稳定性高、噪声和纹波小等优点,适用于对电压稳定性要求较高的场合,如科研实验、仪器设备等。
但由于采用了线性元件,效率较低,体积较大,无法满足高功率需求。
二、开关稳压电源开关稳压电源是利用开关管(如MOSFET、IGBT等)进行高频开关操作,实现输入交流电转换为稳定的直流电的一种电源。
开关稳压电源的原理如下:1.变压器:将输入电源的电压变换为适合的电压,通常会升降电压。
2.整流电路:通过开关管的高频开关操作,将输入电源转换为高频脉冲信号。
3.滤波电路:使用电感和电容对高频脉冲信号进行过滤,使输出电流平滑化。
4.稳压电路:通过负反馈机制控制开关管的开关频率和占空比,使输出电压稳定。
开关稳压电源具有体积小、效率高、功率大等优点,适用于工业控制、通信设备、变频器等大功率、高效率的应用场合。
但开关频率较高,容易产生高频噪声,需要进行精确的电磁干扰控制。
总结来说,直流稳压电源主要分为线性稳压电源和开关稳压电源两种类型。
线性稳压电源适用于对电压稳定性要求较高的场合,而开关稳压电源适用于功率较大、效率要求高的场合。
不同类型的稳压电源具有各自的特点和适用范围,根据实际需求选择合适的类型和规格的电源是非常重要的。
简述直流稳压电源的组成和工作原理。

直流稳压电源是一种将交流电源转换为直流电源的装置,其组成和工作原理如下:
组成:
直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。
电源变压器:将电网的交流电压转换成所需等级的交流电压,以满足整流电路和输出直流电压的要求。
整流电路:利用整流元件(如硅整流二极管)的单向导电性,将交流电转换为脉动的直流电。
滤波电路:利用电容元件的储能作用,将脉动的直流电平滑化,得到比较平滑的直流电压。
稳压电路:利用稳压元件(如硅稳压管)的电压调整作用,通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来稳定输出直流电压。
工作原理:
第一步,变压器:是直流稳压电源中最重要的组成部分之一。
其主要作用是将电网提供的交流电压转换为适合整流电路使用的交流电压。
通过调整变压器的变比,可以得到满足要求的交流电压。
第二步,整流滤波:利用整流二极管的单向导电性,将交流电转换为脉动的直流电。
同时,通过滤波电容将脉动的直流电中的交流成分滤除,得到比较平滑的直流电压。
第三步,稳压:利用稳压管两端的电压稍有变化就会引起其电流有较大变化的特性,通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出直流电压的目的。
直流稳压电源原理

直流稳压电源原理
直流稳压电源是一种电源设备,其原理是通过电子元件和控制电路来提供相对稳定的直流电压输出。
直流稳压电源的原理基于负载的要求,旨在提供具有良好稳定性和准确度的直流电压。
其基本原理包括:
1. 变压器:直流稳压电源通常使用变压器将交流电源的电压转换为所需的工作电压。
变压器可以将输入电压转换为高电压或低电压的输出。
2. 整流:经过变压器转换后,电流需要经过整流电路,将交流电转换为直流电。
常用的整流电路有半波整流和全波整流。
3. 滤波:由于整流产生的直流电压仍然存在纹波,需要使用滤波电路来削弱或消除这些纹波。
常用的滤波电路是电容滤波电路,通过电容器存储电荷和将其释放来消除纹波。
4. 稳压: 电容滤波后得到的直流电压仍然可能存在一定的波动或变化。
为了提供稳定的直流输出,需要使用稳压电路,如稳压二极管、稳压集成电路等,来调整电压并使其保持在一定范围内。
5. 控制电路:直流稳压电源通常配备有控制电路,用于监测输出电压,并根据需要调整电压以保持其稳定性。
这些控制电路可以根据外部信号或内部反馈来实现。
通过以上步骤,直流稳压电源可以提供相对稳定的直流电压输出,以满足各种应用领域对电源的要求。
直流稳压电源原理和使用方法

直流稳压电源原理和使用方法1. 直流稳压电源的基本概念你有没有过这种经历?你那台心爱的电子设备,正在愉快地工作,突然一声“嘶——”,它就像被按了暂停键似的停止了。
这时候,你可能就要感谢直流稳压电源了。
简单来说,直流稳压电源就像是电子设备的“营养师”,它负责为设备提供稳定的电流,确保设备能够健康地工作,不会因为电压波动而出问题。
我们常见的手机充电器、笔记本电脑适配器,其实背后都有一个稳压电源在默默地发挥作用。
就好像你早晨必喝的那杯咖啡一样,稳压电源让设备的电力供应稳定可靠。
没有它,设备就像没了电池的遥控器,动不了!2. 直流稳压电源的工作原理2.1 电压的稳定性:如何保持平衡直流稳压电源的工作原理,其实有点像是调酒师调配鸡尾酒一样讲究。
想象一下,你的电子设备需要的是一种非常稳定的电压,像是一杯无糖咖啡,哪怕加点奶也要准确到位。
直流稳压电源就是通过各种方法保持电压的稳定,不让它出现大起大落。
这个过程中,内部会用到一些像是电感、电容这样的“材料”,它们的工作就像是鸡尾酒中的配料,负责调节和控制电压,让最终的电压值保持在你需要的那个水平。
2.2 调节和保护:把控细节的“高手”另外,稳压电源还会有调节功能,就像是你在厨房里调味道一样,需要一点盐、点儿糖,才能达到最佳的口感。
它会根据设备的需求来调节输出电压。
还有一个重要的功能就是保护,避免电流过大或者电压过高对设备造成伤害。
就像家里的保险丝,出事了会自动断电保护你,这个稳压电源也是如此,确保一切安全,避免电路烧坏。
3. 直流稳压电源的使用方法3.1 选择合适的电源:挑对合适的“营养师”使用直流稳压电源时,首先得挑对合适的型号。
不同的设备需要不同的电压和电流,就像不同的人群对咖啡的需求不同一样。
有些设备需要5伏特的电压,就像你早晨的浓缩咖啡一样提神;有些需要12伏特的电压,像是晚上的拿铁,提供持续的能量。
在选择电源时,你需要仔细查看设备的要求,确保选择一个能满足这些需求的电源。
什么是直流稳压电源?

什么是直流稳压电源?
上节我们知道稳压电源是一种能够为负载设备提供稳定的交流电源或者直流电源的电子装置,由此我们知道稳压电源的两大分类分别是交流稳压电源跟直流稳压电源。
其中,直流稳压电源就是指能够为负载装置提供直流电源的一种电子装置,本文将重点来为大家介绍这种稳压电源,其中,直流稳压电源就是指能够为负载装置提供直流电源的一种电子装置,本文将重点来为大家介绍这种稳压电源,在接下来的文章中,我们将会从直流稳压电源的分类及两种具体的直流稳压电源设计来介绍,相信对大家学习稳压电源的相关知识是很有帮助的!
直流稳压电源从工作方式上可分为:
①可控整流型。
用改变晶闸管的导通时间来调整输出电压。
②斩波型。
输入是不稳定的直流电压,以改变开关电路的通断比得到单向脉动直流,再经滤波后得到稳定直流电压。
③变换器型。
不稳定直流电压先经逆变器变换成高频交流电,再经变压、整流、滤波后,从所得新的直流输出电压取样,反馈控制逆变器工作频率,达到稳定输出直流电压的目的。
经整流滤波后输出的直流电压,虽然平滑程度较好,但其稳定性仍比较差。
经整流滤波后的直流电压必须采取一定的稳压措施才能适合电子设备的需要。
直流稳压电源原理和使用方法

直流稳压电源原理和使用方法大家好,今天咱们来聊聊直流稳压电源,听起来是不是有点高大上?其实它就是一个很实用的电子小伙伴,让我们在各种电气设备上如鱼得水。
就像我们日常生活中有很多工具一样,直流稳压电源就是为了给特定的应用场合提供稳定的电压,保证设备能够正常运转,不至于“掉链子”。
1. 直流稳压电源的基础知识1.1 什么是直流稳压电源?简单来说,直流稳压电源可以把输入的电流变成稳定的直流电压,确保输出电压不受输入波动的影响,好比你开车的时候,有个方向盘帮你保持稳定,不让车子左摇右摆。
这种电源通常用在各种电器,比如我们的电脑、电视,甚至小玩意儿如手机充电器,都是靠这个稳定的电压来保证工作的。
1.2 为什么需要稳压?说到稳压,很多人可能会问:“我家的插座不是就给电吗?还需要稳压干啥?”您说得没错,一般的插座是有电的,但电压不一定稳定。
就像您早上喝的咖啡,浓稠的和淡淡的口感是不一样的,电压也是一样,太高或者太低都会导致设备性能下降,甚至损坏。
所以,稳压电源就像咖啡店的老手,会把每杯咖啡调配得刚刚好,让你一口下去,幸福感满满!2. 直流稳压电源的工作原理2.1 稳压原理这就要提到它的“秘密武器”——稳压芯片。
这些芯片就像是电源里的小管家,时刻监控着输出电压,只要一有波动,它们就会立马“行动”,调节电流,保持电压稳定。
就像一个勤奋的学生,在考试前认真复习,才不会让“偏科”影响整体结果。
因此,我们的设备无论是工作还是休息,都能达到“心灵的平和”。
2.2 常见类型说到直流稳压电源,它的类型可谓是五花八门,常见的有线性稳压电源和开关稳压电源。
线性稳压电源就好比是古典钢琴,声音柔和细腻,但效率相对较低;而开关稳压电源就像现代电子乐,效率高,适用范围广。
各有各的优劣,选什么得看你的使用需求。
3. 使用直流稳压电源的注意事项3.1 选对参数使用直流稳压电源的时候,最重要的一点就是要挑对参数。
你得瞅准输入和输出的电压、电流,选对合适的设备。
直流稳压电源的使用说明
直流稳压电源的使用说明直流稳压电源是一种用于为设备提供稳定直流电压的电源设备。
它通常由氧化铝电阻、稳压二极管、功率管等元件组成。
在实际的电子实验、测试及电子设备维修中,直流稳压电源广泛应用于各种电子设备的供电过程。
下面是直流稳压电源的使用说明。
一、设备检查1.在使用之前,首先检查电源设备外壳是否完好无损,电源开关按钮是否正常,连接线是否完整,标志是否齐全。
2.检查电源设备周围环境是否干燥、通风良好,避免电源设备进水或与易燃物接触。
3.确认电源设备的输入电压和频率是否符合使用需求,并与室内电源相匹配。
二、连接电源1.将电源设备的输入电源插头插入室内电源插座,并确认插头连接良好。
2.将直流稳压电源的输出端口连接至待供电的设备,确保连接牢固可靠。
3.检查电源设备的电流表是否在零位,电压表是否在正常范围内。
三、调整电流电压1.打开电源设备的电源开关,确认电源设备处于正常供电状态。
2.调节电源设备的电流电压控制旋钮,使其逐渐达到待供电设备所需的电流电压数值。
3.建议从小电流、小电压开始调节,逐渐增大,避免因电流电压过大而对设备造成损害。
4.调节电源设备的稳压旋钮,以使输出电压保持稳定在设定值范围内。
四、使用注意事项1.避免电源设备长时间超负荷工作,否则可能会引发设备故障或损坏。
2.在设备接线时,应避免直流稳压电源的输出端短路,否则可能导致设备烧毁。
3.使用电源设备时,避免触摸电源设备内部的高压部件以及避免在潮湿环境下使用。
4.当电源设备不使用时,应及时断开电源开关,避免浪费电力。
五、维护保养1.定期检查电源设备的电源线、连接线是否正常,如发现损坏或老化,应及时更换。
2.保持电源设备的清洁及干燥,避免灰尘积累或受潮。
3.避免在高温、潮湿环境下使用电源设备,以免影响正常使用寿命。
4.注意防雷防静电,避免在雷电天气和高静电环境下使用电源设备。
总之,使用直流稳压电源应注意安全可靠,并遵循正确的操作步骤。
应避免电源设备超负荷工作,注意设备接线的安全,及时维护保养电源设备,确保其正常使用寿命。
直流稳压电源实验报告
一、实验目的1. 了解直流稳压电源的工作原理,掌握其基本组成和结构。
2. 学会使用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器设计直流稳压电源。
3. 掌握直流稳压电源的调试方法及主要技术指标的测量方法。
4. 培养实验操作技能和严谨的科学态度。
二、实验原理直流稳压电源是将交流电源电压通过变压器降压、整流、滤波和稳压等环节,最终输出稳定直流电压的设备。
其基本组成包括变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。
1. 变压器:将市电220V交流电压转换为所需的交流电压。
2. 整流电路:利用二极管的单向导电性,将交流电压转换为脉动直流电压。
3. 滤波电路:利用电容和电感等元件,滤除脉动直流电压中的纹波,使输出电压更加平滑。
4. 稳压电路:利用稳压元件(如稳压二极管、集成稳压器等),使输出电压稳定。
三、实验器材1. 220V交流电源2. 变压器(输入电压220V,输出电压15V)3. 整流桥(4只整流二极管)4. 滤波电容(2200μF/25V)5. 集成稳压器(LM7812)6. 万用表(直流电压档)7. 电阻(100Ω、1kΩ)8. 连接线9. 电烙铁10. 电工刀四、实验步骤1. 按照电路图连接电路,确保连接正确。
2. 将220V交流电源接入变压器,输出电压调整至15V。
3. 接通整流电路,使用万用表测量输出电压,应为约20V左右。
4. 添加滤波电容,测量输出电压,应为约12V左右。
5. 将集成稳压器LM7812接入电路,输出电压应稳定在12V。
6. 调整负载,观察输出电压变化,确保电压稳定。
五、实验结果与分析1. 实验过程中,输出电压稳定在12V,符合设计要求。
2. 在调整负载时,输出电压无明显波动,说明稳压效果良好。
3. 通过实验,掌握了直流稳压电源的设计、调试和测试方法。
六、实验总结1. 通过本次实验,了解了直流稳压电源的工作原理和基本组成。
2. 学会了使用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器设计直流稳压电源。
直流稳压电源的工作原理及应用
直流稳压电源的工作原理及应用直流稳压电源是一种电子设备,它的主要功能是将交流电转换为特定电压和电流的直流电,同时保持输出电压的稳定性。
它在各个领域的电子设备中广泛应用,例如通信、医疗、工业等。
本文将详细介绍直流稳压电源的工作原理和应用。
一、工作原理直流稳压电源的主要原理是通过变压器、整流器、滤波器和稳压器等部件的组合来实现。
下面将分别介绍这些部件的功能及工作原理。
1. 变压器:变压器主要用于将输入交流电的电压变换为需要的输出电压。
变压器的工作原理是利用电磁感应的原理,通过线圈的互感作用实现电压的升降。
2. 整流器:整流器用于将变压器输出的交流电转换为直流电。
目前常用的整流器有两种类型,即半波整流和全波整流。
半波整流器只能利用交流电的一半周期,而全波整流器则能利用交流电的两个半周期,因此全波整流器的输出电压波动更小。
3. 滤波器:滤波器用于去除整流后产生的脉动直流电中的交流成分,使得输出电压更加稳定。
滤波器一般由电容器和电感器组成,电容器可以存储电荷,电感器则具有抑制电流变化的能力。
4. 稳压器:稳压器主要用于保持输出电压的稳定性。
稳压器通过对输出电压进行反馈控制,根据反馈信号调节输出电压,使其保持在预设的稳定值。
二、应用领域直流稳压电源在各个领域的电子设备中发挥着重要作用。
以下是几个常见的应用领域:1. 通信:在通信领域,直流稳压电源常用于手机基站、通信终端设备等,为其提供稳定的电力支持。
稳定的电源可以确保通信设备正常运行,减少信号中断等问题。
2. 医疗:医疗设备对电源的稳定性要求非常高,直流稳压电源在医疗设备中广泛应用。
例如,电子血压计、心电图仪、医用激光设备等都需要高稳定性的电源供应。
3. 工业:在工业制造领域,直流稳压电源被广泛应用于机床、自动化设备、工厂自动化系统等。
稳定的电源可以提供给这些设备所需的恒定功率,确保设备正常运行。
4. 车载电子设备:直流稳压电源也逐渐应用于汽车行业,用于驱动车载电子设备,例如导航系统、音响设备等。
直流稳压电源
4.稳压过程:
当 VO 由于某种原因偏高时,V4 基极电位升高,IC4 增大, C1 放电速度增加,使 V3 截止时间缩短,V1、V2 饱和时间缩 短,使 VO 降低,从而稳定 VO。
优点 是电源效率高,稳压效果好。缺点是纹波较大, 电路复杂,对元器件要求较高。被广泛应用在彩色电视机、 计算机等设备中。
CW317 为三端可调式正压输出稳压器,其引脚排列请查 阅手册。
CW337 为三端可调 式负压输出稳压器,其 引脚排列请查阅手册。
CW317 和 CW337 的基本应用电路
应用特点是外接两个电阻(R1和 RP)就可得到所需的输出 电压。为了使电路正常工件,一般输出电流不小于 5 mA。输 入电压范围在 3 ~ 40 V之间,输出电压可调范围为 1.25 ~ 37 V, 器件最大输出电流约 1.5 A。
综上所述,带有放大环节 的串联型晶体管稳压电路,一 般由四部分组成,即采样电路、 基准电压、比较放大电路和调 整元件。
电路的优点是输出电流较大,输出电压可调;缺点是电源 效率低,大功率电源需设散热装置。
[例 8.2.1] 设图中的稳压管为 2 CW14,VZ = 7 V。采样 电阻 R1 = 1 k,RP = 200 ,R2 = 680 ,试估算输出电压的 调节范围。
2.稳压过程
设 RL 恒定,当 VI→VO →VB2 →VBE2 →VC2 →VBE1 →VCE1 →VO
3.输出电压调节范围
由于
VB 2
VBE2
VZ
RP R2 R1 RP R2
VO
即
VO
R1 RP R2 RP R2
(VBE2
VZ )
当 RP 的滑动臂移到最上端时,RP = 0,RP = Rp ,Vo 达到 最小值。即
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上海大学本科生报告姓名:苟帅学号:13120868学院:机电工程与其自动化学院直流稳压电源能为负载提供稳定直流电源的电子装置。
直流稳压电源的供电电源大都是交流电源,当交流供电电源的电压或负载电阻变化时,稳压器的直流输出电压都会保持稳定。
稳压电源的分类,按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源。
特点1.输出电压值稳定值能在额定输出电压值以下任意设定和正常工作。
2.输出电流的稳流值能在额定输出电流值以下任意设定和正常工作。
3.直流稳压电源的稳压与稳流状态能够自动转换并有相应的状态指示。
4.对于输出的电压值和电流值要求精确的显示和识别。
5.对于输出电压值和电流值有精准要求的直流稳压电源,一般要用多圈电位器和电压电流微调电位器,或者直接数字输入。
6.要有完善的保护电路。
直流稳压电源在输出端发生短路及异常工作状态时不应损坏,在异常情况消除后能立即正常工作。
数字直流稳压稳流电源内部采用IGBT模块调整模式,具体高效能、高精度、高稳定性等特性,主要应用于科研单位、实验室和电子产线等需要高效电源测试时使用。
1、输出显示:输出电压电流LED显示2、采用19英寸标准化尺寸,可组合放置于各种工作台面及机架;3、体积小、重量轻、节能高效4、恒压恒流:输出恒压恒流自动切换,电压电流值连续线性调节;5、保护功能:过压保护、过流保护、过温保护、欠压保护、过载保护;6、短路特性:本机工作状态下长时间短路;7、外接补偿:本机可选外接补偿,可降低因输出回路较长等造成的压降;8、过压保护值:输出过压佑护值可调,保护后切断输出并锁定,重新开机恢复;9、通信功能:可选特殊数据接口,与其他设备数据连接控制,或与PLC连接。
(选配)10、外控功能:可选0-5V或4-20mA信号控制电源的输出电压和电流;(选配)11、定时功能:可选定时开关机功能;(选配)直流稳压电源的技术指标可以分为两大类:一类是特性指标,反映直流稳压电源的固有特性,如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围;另一类是质量指标,反映直流稳压电源的优劣,包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、纹波电压及温度系数等。
直流稳压电源参数详解线性直流稳压电源设计应考虑的主要参数有:输入输出电压差,线性调节率,负载调节率,接地电流,电源效率,输出准确率,瞬态响应,频率响应,输出噪声电压等.本文将比较详细地分别介绍这些参数输出电压差(Dropout voltage)输出电压差在线性稳压器中是一个非常重要的参数,而其定义为:当输入电压(电压源)降到某个程度时,其输出电压将不再稳压在预计的输出电压,而在临界点时的输入电压与输出电压的差值即为压降电压。
以图1为例,其输出电压差为3.3V-2.5V=800mV。
简单来说就是输出功率晶体管的漏极和源极的压差,直接关系到的就是电源功率的消耗,越大的跨压所损失的功率就越大,所以说,输出电压差是越小越好。
图1 LDO输出与输入电压关系对输出PMOS晶体管而言,其漏极是连接到输出端,因此当输入端(源极)电压很小时,晶体管守闭状态,当源极电压加大后,晶体管开启,输出端电压开始爬升,一直到稳定的设定值之间的这段输入电压差,即是输出电压差。
其实对于输出晶体管来说,就是它的饱和电压差(VSD-sat),当MOS 晶体管大小确定,且闸极电压固定之后,其饱和电压差基本上就不会改变,所以提供闸极电压的前一级放大器,和输出晶体管的大小在设计上都要能达到理想的输出电压差。
对于电源功率消耗的部份,将晶体管饱和电压(VSD-sat)差乘上输出端所流过的电流,即是消耗功率,P = IOUT×VSD-sat对于一个可携带式电子产品来说,都是由电池来提供电源,这部份的电源消耗当然是越小越好,以求电池寿命能够长久,低压降线性稳压器能够如此受欢迎的原因,就是在这方面能够节省很多的电力。
线性调节率(Line regulation)这项参数在线性稳压器中也是非常重要的,指的是当输入电压产生变化时,相对于输出端电压的改变。
我们预期当输入电压改变时,输出电压能一直维持稳定,但是实际上是有小幅改变,通常以百分比(%)表示。
如图(2)所示,分析电路可得:图2 LDO 电路结构由于输入电压改变时,会造成反馈电压的改变,再由误差放大器加以调节输出晶体管(PMOS),来控制输出电压,因此若增加整个电路的开回路增益,对于线性调节率的提升有很大的帮助。
负载调节率(Load regulation)相对于线性调节率,线性稳压器另一个主要考虑就是负载调节率,表示当负载端有变化,也就是输出电流有改变时,输出电压的变化率。
当负载有变化时,输出电压会跟着改变,再由反馈网络让误差放大器对于电压变化作反应,控制输出晶体管,输出电流也会随之改变来应整个电压的变化。
如图(2)所示,由式子可以看出,负载的改变造成电压的变化,经误差放大器放大之后,输出电流也跟着做变化。
明显的,最后的式子可以得知,负载调节率被线性稳压器的转导(Gm,也就是误差放大器的增益乘上输出晶体管的电流增益)所限制,所以要改善负载调节率,可以增加DC的电流增益,可以得到不错的效果。
接地电流(Ground current)接地电流又称为偏压电流(Quiescent current),就是输入电流与输出电流的差值,关系到整体的电流效率。
Iq = Iin-Iout一般而言,静态电流包括了电路中的偏压电流(如:误差放大器、参考电压源)和驱动输出晶体管的电流,这些对于输出效率并无帮助,造成无谓的消耗电源,因此在设计上是越小越好。
一个以双载子晶体管做为输出端的线性稳压器,天生就存在有蛮大的静态电流,也就是基极电流,且基极电流是正比于输出电流,因此它的静态电流是会随输出电流增加而变更大。
在低压降线性稳压器中,是使用MOS晶体管来当作输出晶体管,MOS晶体管是用VGS来控制电流,而其闸极并无电流通过,因此其静态电流可以保持固定,且无视于负载端的变化,这也是用MOS当输出端优于双载子晶体管的好处之一。
电源效率(Efficiency)低压降线性稳压器的效率,定义为输出功率和输入功率的比值:由上式可以看出,输出和输入电压差,也是影响效率的因素之一,当Iq很小,小到可以忽略的时候,明显的效率是由输出电压和输入电压的比值决定。
此外,当稳压器操作在无负载的时候,也就是输出电流为0时,上式就不适用来计算整体效率,此时Iq就显得格外重要,Iq越小自然电池寿命也就得以维持更长久。
输出准确率(Output accuracy)图3 输出电压误差输出电压的准确度和低压降线性稳压器的各个部份的电压误差关系密切,像是:线性调节率(ΔVLIR)、负载调节率(ΔVLOR)、参考电压偏移(ΔVREF)、误差放大器电压偏移(ΔVA)、外部回授电阻的误差(ΔVR)、温度系数(ΔTC)…等。
输出电压误差主要是由环境温度改变所造成的参考电压偏移、误差放大器的特性改变(增益误差、偏移电流)、电阻值误差,这些误差加上线性调节率和负载调节率通常会使得精确度改变1%~3%。
另外,制造上的变异也同样会造成上述各部份产生误差。
接下来仔细讨论各部份造成的误差,就参考电压源的部份,和输出电压的关系式为:从上述式子可以得到,参考电压的误差会直接影响到输出电压,而且是直接正比于误差百分比。
再有守于误差放大器的误差部分:图误差放大器电压偏移考虑 gaβ>>1,将上两是合并的结果:最后是电阻的误差部分:图4 电阻值误差关系式如上式,显然的,电阻误差影响输出电压相对于前面几项来得比较小,且R2的影响要比R1还要大。
瞬态响应(Transient response)主要是当负载电流在瞬间改变时,输出电压变化的情况以及电压回稳的时间。
影响到瞬时响应的包括:稳压器的频宽、输出电容(Cout)、输出电容的等效串联电阻(Resr)、最大负载电流…等。
图5 步阶负载接下来分成几个部分来分析当负载改变时,输出电压的变化。
首先以一个步阶负载应用,观察相对的输出电压反应,当负载端忽然从稳压器抽取大量电流,此时由于稳压器频宽的关系,反应不及造成无法及时提供负载端足够的电流,输出电压就如图(5)中T1时间内的反应,产生一段不小的压降(Vdip),这段时间内由输出电容暂时提供负载所需的大量电流,由COUT流向VOUT。
图(2.8)输出电压对于负载之变化T1时间的大小,主要是由稳压器的频宽与旋转率所决定时间T2的长度与传输组件对Cout充电和稳压器的闭回路相位响应有关,时间T3的Vpeak是由于当负载瞬间移除,传输组件供应过多的电流所致。
时间T4,稳压器开始将电压拉至设定的输出电压。
输出电容的等效串联电阻真实的电容模型如图(6),真实电容有寄生电感与电阻。
输出电容的等效串联电阻(ESR)是用来使得LDO能有足够的频率稳定性,ESR数值的大小会影响到零点与极点的位置。
LDO制造商通常会提供建议使用输出电容值与ESR稳定区间,如图(7)图6 真实的电容模型图7 等效串联电阻值稳定范围频率响应( frequency response)图(8),表示LDO 的AC 小讯号等效电路,分析电路得输入与反馈的转换函数:gma 、gmp 分表示误差放大器之转导与传输组件之转导, Rpar,Cpar 表示寄生电阻与电容。
图8 交流等效电路经由上式可发现,整个回路中存在3 个极点以及一个零点,这与其稳定度的设计有密切的关系。
第一个极点,也就是主极点,是由输出电容以及低压降线性稳压器的输出阻抗所造成第二个极点,是由误差放大器到输出晶体管之间寄生电容和电阻所形成:第三个极点,是由输出电容的等效串连电阻以及Cb 所形成:至于零点,是由输出电容以及其等效串连电阻所形成:极点及零点的位置,与误差放大器及输出电容大小有关。
故为了让整个电路达到良好的稳定度,便将零点位置控制在单增益频率(fT)附近,可有效提升电路的相位边限,进而使稳定度提高。
基于稳定度之限制的缘故,使得开回路直流增益无法提高,而造成线性调节率、负载调节率与精确度有所限制。
若是要有最佳的线性调节率、负载调节率与精确度,则必须提升开回路直流增益,但无限制地提高开回率直流增益,则会造成相位边限的不足。
由上面所述,一个没有补偿的低压降线性稳压器,会因为两个极点的效果,如图(9),使得相位在单增益频率时变为-180°,整个电路也会因此而震荡,故由等效串联电阻所形成的零点,对于一个低压降线性稳压器而言十分重要,以下对于这个等效串联电阻加以讨论:当等效串联电阻太大的情形,如图(10),会造成零点位置过小,使得原本在单增益频率之下的第三个极点也跑到前面,而拉低了相位边限,导致电路不稳定。
图9 无频率补偿之频率响应图10 过大ESR 之频率响应再看等效串联电阻太小的情况,如图(11),导致零点位置低于单增益频率,致使相位边限并没有获得提升,原本要对电路作补偿的效果就消失了。