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開關(guān)電源的類型介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2025-01-07 19:55:28
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開關(guān)電源的類型介紹
1.1.1 線性穩(wěn)壓器,所謂線性穩(wěn)壓器,也就是我們俗話說(shuō)的 LDO,一般有這么兩種特點(diǎn):
傳輸元件工作在線性區(qū),它沒(méi)有開關(guān)的跳變;
僅限于降壓轉(zhuǎn)換,很少會(huì)看到升壓的應(yīng)用。
1.1.2 開關(guān)穩(wěn)壓器
傳輸器件開關(guān)(場(chǎng)效應(yīng)管),在每個(gè)周期完全接通和完全切斷的狀態(tài);
里面至少包括一個(gè)電能儲(chǔ)能的元件,如:電感器或者電容器;
多種拓?fù)洌ń祲骸⑸龎?、降?升壓等)
1.1.3 充電泵,一般在一些小電流的應(yīng)用
傳輸器件開關(guān)(如:場(chǎng)效應(yīng)管、三極管),有些完全導(dǎo)通,而有些則工作在線性區(qū);
在電能轉(zhuǎn)換或者儲(chǔ)能的過(guò)程中,僅限使用了電容器,如一些倍壓電路。
答疑:有些情況為什么要使用開關(guān)穩(wěn)壓器?為什么不用 LDO 和充電泵?
我們知道,所有的能量都不會(huì)憑空消失,損耗的能量最終會(huì)以熱的形式傳遞出去,這樣,工程師在設(shè)計(jì)中就會(huì)產(chǎn)生很大的挑戰(zhàn),比如說(shuō),損耗最終以熱的形式傳遞,那么電路中就需要增加更大的散熱片,結(jié)果電源的體積就變大了,而且整機(jī)的效率也很低。如果在開關(guān)模式的開關(guān)電源,不僅可以提高效率,還可以降低了熱管理的設(shè)計(jì)難度。
我們可以舉一個(gè)例子來(lái)對(duì)比線性電源和開關(guān)電源的效率和體積:
開關(guān)電源類型開關(guān)電源類型
從它們的效率來(lái)看,一個(gè) 12V 輸入,3.3V/2A 輸出的電源,如果用線性穩(wěn)壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)的話,它輸出效率只有 28%,而用開關(guān)電源來(lái)做的話,它的輸出效率能達(dá)到 90%以上。所以線性電源在高輸入電壓,低輸出電壓的情況下的效率是非常的低,它只適用于一些輸入和輸出的壓差比較低的場(chǎng)合。像這些情況下使用開關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。線性穩(wěn)壓器的損耗為 17.4W,開關(guān)穩(wěn)壓器的損耗只有 0.73W,這些損耗最終會(huì)以熱量的形式傳遞出去,器件的工作溫度=器件溫升+環(huán)境溫度,溫升=熱阻 × 損耗的情況下:假如器件的熱阻 θ=35℃/W來(lái)計(jì)算,LDO 的溫升=35℃ ×17.4W=609℃,開關(guān)穩(wěn)壓器溫升=35℃ ×0.73W=25.55℃??梢?jiàn),開關(guān)穩(wěn)壓器可以工作在 60~70℃的環(huán)境溫度也是沒(méi)問(wèn)題的,而 LDO 在這種情況下,發(fā)熱非常嚴(yán)重,必須得降低它的熱阻,而熱阻的大小就取決于散熱面積,散熱面積越大,熱阻就越小,所以 LDO 需要很大的散熱面積(如下圖),來(lái)減少它的熱阻以獲得較低的溫升。
1.1.4 下圖為線性電源和開關(guān)電源體積的比較
開關(guān)電源類型
上圖紅色標(biāo)注地方分別是一個(gè) 2.5W 的 LDO 和一個(gè) 6W 的開關(guān)電源,兩者功率相差 2.4倍,但開關(guān)電源的面積僅是 LDO 的 1/4 不到,也就是說(shuō)開關(guān)電源的損耗大大減少了,能夠承受更高的熱阻,減少散熱的面積。再次強(qiáng)調(diào)一遍,如果說(shuō)輸入與輸出之間壓差較低的情況下,可以使用 LDO,但壓差較大的情況下,建議使用開關(guān)電源。當(dāng)然,開關(guān)電源也有它的劣勢(shì),它的輸出會(huì)有噪聲、振鈴、跳變,而 LDO 則不會(huì)。某些場(chǎng)合的負(fù)載對(duì)電源的電壓是很敏感的話,可以在開關(guān)電源后面
載加一級(jí) LDO。例如我們要把 5V 轉(zhuǎn)為 1.2V , 如果直接有 LDO 的話,效率可能只有 20%,但我們可以把 5V 用開關(guān)電源變?yōu)?1.5V,再用 LDO 把 1.5V 轉(zhuǎn)為 1.2V,這樣,效率就會(huì)高,是一個(gè)比較優(yōu)化的設(shè)計(jì)。
1.1.5 總結(jié):開關(guān)電源 VS 線性穩(wěn)壓器
(1)開關(guān)電源
① 能夠提升電壓(升壓)
② 以及使電壓減低(降壓)甚至反相
③ 具有較高的效率和功率密度
(2)線性穩(wěn)壓器
① 只能實(shí)現(xiàn)降壓
② 輸出電壓相對(duì)更穩(wěn)定
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