电子系统中的电源技术.ppt

电子系统中的电源技术 李汪彪福建师范大学物光学院电子信息工程系 电子系统中的电源技术 第一节三端稳压集成电路第二节LDO集成稳压器第三节基准电压电源第四节电源变换控制器第五节AC DC开关电源第六节DC DC电源 第一节三端稳压集成电路 三端稳压集成电路具有体积小 输出电压可调整或固定 使用方便的特点 是电子设备中应用越来越广的集成器件 三端稳压集成电路分类 按工作方式 串联调整式 并联调整式和开关调整式三类 输出电源极性 正稳压式和负稳压式 按电压调整方式 固定式和可调式 第二节LDO集成稳压器 LDO就是低压差线性稳压器 low dropoutlinearregulator 其满负载压降从几十毫伏到2V 通常情况下输出电流越大 其满负载压降也越大 由于LDO具有输入输出的压降小 功耗低等优点 可作为电池和开关电源的输出稳压用 所以在电池供电的各种便携式系统中得到了广泛的应用 LDO按静态电流分类 LDO的主要参数 输入电压 ViMIN ViMAX 输出电压 Vo 额定输出电流 Io 峰值电流 PeakCurrent 满负载压差 VDO 输出电压精度 Accuracy 待机电流 IQ 电源纹波抑制比 PSRR 是否有关断功能等 LDO的选型 在选择LDO时 需考虑的基本问题 输入电压范围额定输出电压负载电流范围封装的功耗等 便携式应用通常还需考虑更多问题 静态电流 IQ 电源纹波抑制比 PSRR 噪声与封装尺寸大小等 LDO典型应用电路 LDO的应用电路十分简单 仅需要二个用于输入 输出电压退耦降噪的陶瓷电容器 输入和输出滤波电容器 应当选用宽范围 低等效串联电阻 ESR 低价的陶瓷电容器 一些LDO有一个Bypass附加脚 由它连接一个容量较小的电容器 可以进一步降低输出电压噪音 图9 2 1典型的LDO应用电路 适合使用LDO的场合 当所设计的电路要求分路电源具有下列特点时 选用LDO是最恰当 最实用 最方便 最经济的选择 低噪音 高纹波抑制 占用PCB板面积小 如手机 手持电子产品 电路电源不允许使用电感器 如手机 电源需要具有瞬时校准和输出状态自检功能 要求稳压器低压降 自身低功耗 线路要求低成本和简单方案 常用的LDO器件 TI公司的TPS系列Linear公司的的LT系列Sipex公司的SPX系列Maxim公司的MAX系列Microchip公司的TC系列美国国家半导体公司的LM系列CSR公司的XC62xxRicoh公司的R11xx系列等 低噪声 高PSRR和快速瞬态响应的低压降稳压器 TPS795xx在100Hz 100kHz范围内的输出噪声为33 V 在10kHz频率下的PSRR高达53dB 输出电压调节 0 1 V 负载调节 低于3mV 50 s的快速起动时间 输入电压范围为2 7 5 5V 1A电流条件下的压降为250mV 停机方式下的供电电流为1 A 满负载条件下的供电电流为265 A 可采用陶瓷输出电容器 在整个工作温度和负载范围内的总精度达3 器件封装为5引脚SOT223 5封装和5引脚DDPAK封装 常用的LDO封装 由于LDO多数应用于便携式系统 所以LDO的封装大多是贴片封装的 第三节基准电压电源 基准电压源在传感器电路 模拟电路 数字电路及单片微机应用系统中均有广泛应用 例如做为比较器的参考电源 ADC的基准电源等 基准电压源对这些电路的性能起关键的作用 基准电压源最重要的性能是其稳定性 即随温度和时间的变化维持基准电压稳定的能力 常用的电压基准源 LM285 385 常用的电压基准源 TL431 常用的电压基准源 MCP1525 1541 第四节电源变换控制器 电源变换就是交流电源和直流电源之间的相互变换 交流到直流的变换称为AC DC变换 即所谓的顺变 直流到交流的变换称为DC AC变换 即所谓的逆变 不同直流电压之间的变换称为DC DC变换峰值和频率都不同的交流电源之间的变换称为AC AC变换 各种电源变换类型的应用 由上表可知 各种电源之间的变换 其核心是DC AC变换 PWM控制器 PWM集成控制器是最常用的一种电源变换控制器 是电源逆变的控制核心 一般具有PWM信号产生 误差放大 输出驱动 外同步 软启动 死区 调节 欠压锁定以及各种保护等功能 由于其外接元器件少 性能稳定可靠 适用范围广 广泛应用于开关电源 UPS和DC DC电源的各种变换电路中 PWM集成控制器分类电压型PWM电流型PWM谐振型集成控制器 电压型PWM集成控制电路SG1525A SG1527A 内部含有基准电源 欠压锁定电路 振荡器 误差放大器 脉宽比较器及触发器 锁存器 并能实现软启动和关闭控制等 电流型PWM集成控制电路LT1846 LT1847 电流控制型 在脉宽比较器的输入端直接用采样到的输出电感电流与误差放大器输出信号进行比较 来控制输出脉冲的占空比 使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化 这种控制方式可以改善整个开关电源的源电压效应和负载效应 改善整个系统的瞬态响应 LT1846典型应用电路 ZVS ZCS谐振型集成控制器UC1861 1868 UC1861 UC1868系列是零电流开关和零电压开关控制准谐振变换器的最佳控制集成电路 UCl864控制的ZVS正激变换器 第五节AC DC开关电源 AC DC主要用在交流供电的系统中 它可将交流电压转换成不同极性与数值的稳定直流输出 小型AC DC开关电源有整机式 基板式和模块式三种 选择AC DC开关电源的注意事项 根据使用方法或设备预留空间选择适合的产品类型及外形尺寸 依据输入电压和各路输出电压 电流查找相应规格 输出各路电压之间是否共地 明确纹波噪声 电压稳定度 负载稳定度等其它指标 根椐实际使用环境的温度 湿度 振动等要求 选择性价比合理的产品级别 使用AC DC开关电源的注意事项 使用AC DC开关电源前 看清接线标记 接线标记图含义是 L 火线 N 零线 FG 安全地线 COM GND 输出公共地线 V 输出电压 VADJ 输出电压调节 接线时 请切断输入电源 多数电源机壳为散热片 安装时尽可能加大机壳与机箱的接触面积 以利散热 检查安装螺丝与电源板器件有无接触 测量外壳与输入 输出的绝缘电阻 以免触电 AC DC开关电源的主要性能指标 交流输入电源电压 频率输出电压及其调整范围 输出电压精度输出功率 效率纹波及噪声逆变工作频率隔离电压 绝缘电阻工作环境温度平均无故障工作时间等 第六节DC DC电源 DC DC变换器主要用在直流供电系统 它可将直流电压转换成不同极性与数值的稳定直流输出 小功率DC DC电源有芯片式和模块式两种 DC DC变换专用集成电路分类 按变换控制方式分有 脉冲宽度调制 PWM 和脉冲频率调制 PFM 按输出电压极性分有 正电压输出和负电压输出 按变换比分有 升压型和降压型 降压型DC DC变换专用集成电路 降压芯片 ACT4060 Vout 1 293 R2 R1 1 升压芯片 AMC3202 Vout 1 293 R2 R1 1 升压 降压 反激电源芯片 MC34063 升压电路 升压 降压 反激电源芯片 MC34063 降压电路 升压 降压 反激电源芯片 MC