线性稳压器和开关模式电源的基本概念

本文释了线性稳压器和开关模式电源 (SMPS) 的基本概念。目的是针对那些对电源设计和选择可能不很熟悉的系统工程师。文章说明了线性稳压器和SMPS的基本工作原理，并讨论了每种解决方案的优势和劣势。以降压型转换器为例进一步解释了开关稳压器的设计考虑因素。

引言

如今的设计要求在电子系统中有越来越多的电源轨和电源解决方案，且负载范围从几mA (用于待机电源)到 100A以上 (用于ASIC电压调节器)。重要的是必需选择针对目标应用的合适解决方案并满足规定的性能要求，例如：高效率、紧凑的印刷电路板 (PCB) 空间、准确的输出调节、快速瞬态响应、低解决方案成本等。对于系统设计师来说，电源管理设计正成为一项日益频繁和棘手的工作，而他们当中许多人可能并没有很强的电源技术背景。

电源转换器利用一个给定的输入电源来产生用于负载的输出电压和电流。其必需在稳态和瞬态情况下满足负载电压或电流调节要求。另外，它还必须在组件发生故障时对负载和系统提供保护。视具体应用的不同，设计师可以选择线性稳压器 (LR) 或开关模式电源 (SMPS) 解决方案。为了选择最合适的解决方案，设计师应熟知每种方法的优点、不足和设计关注点，这是十分重要。

本文将着重讨论非隔离式电源应用，并针对其工作原理和设计的基本知识作相关介绍。

线性稳压器

线性稳压器的工作原理

我们从一个简单的例子开始。在嵌入式系统中，可从前端电源提供一个12V总线电压轨。在系统板上，需要一个3.3V电压为一个运算放大器 (运放) 供电。产生3.3V电压最简单的方法是使用一个从12V总线引出的电阻分压器，如图1所示。这种做法效果好吗 回答常常是 “否”。在不同的工作条件下，运放的V_CC引脚电流可能会发生变化。假如采用一个固定的电阻分压器，则IC V_CC电压将随负载而改变。此外，12V总线输入还有可能未得到良好的调节。在同一个系统中，也许有很多其他的负载共享 12V电压轨。由于总线阻抗的原因，12V总线电压会随着总线负载情况的变化而改变。因此，电阻分压器不能为运放提供一个用于确保其正确操作的3.3V稳定电压。于是，需要一个专用的电压调节环路。如图2所示，反馈环路必需调整顶端电阻器R1的阻值以动态地调节V_CC上的3.3V。

图1：电阻分压器采用12V总线输入产生3.3V_DC

详细全文请见pdf文挡：线性稳压器和开关模式电源的基本概念

更多技术文章下载