电源笔记(LDO、DCDC、基准电压源)

  • DC-DC转换器适合需要高效能、大功率并且电压变化较大的场合。
  • LDO适合低功率、对噪声要求高的应用,尤其是输入和输出电压差不大的时候。
  • 基准电压源适用于需要高精度、低噪声电压参考的应用
  • LDO效率低(工作原理类似于电阻压降,会带来损耗,发热);DC\DC效率高(通过控制开关管(三极管、MOS管)开关对电容电感冲、放电,通过控制开关频率控制输出电压)
  • LDO只能做压降,DC\DC适用于升压\降压
  • LDO输出纹波小,而DC\DC由于开关原理纹波较大,可以在DC\DC后加一个LDO减小纹波
  • LDO外围电路简单,成本较低,DC\DC相反
  • LDO输出电流与输入相似,因此如果压降太大会导致过多功率损耗在LDO上,带来发热等问题
  • LDO一般最大输出电流有几百mA,而DCDC最大输出电流有几A甚至更大

DC-DC

用于构建Buck电路/Boost电路的核心器件。使用开关元件(三极管、MOSFET)以及储能元件(电感、电容),通过调整输出占空比改变输出电压。效率较高(约80%以上)适用于高负载功率场景。

但是DC-DC外围电路设计较为复杂,输出电压有纹波,不够平滑。

且需要主要开关噪声和电磁干扰。

Buck电路

Buck电路工作原理以及三种工作模式分析-CSDN博客

待整理

Boost电路

【转载】手撕Boost!Boost公式推导及实验验证_boost电路电感计算-CSDN博客

同步DC-DC

同步和非同步整流DC/DC转换区别_同步和非同步dcdc-CSDN博客

LDO(低压差线性稳压器)

外围电路设计简单,输出电压稳定,没有开关噪声,成本低,

LDO的效率与输入和输出电压差相关,当输入电压远高于输出电压时,效率较低,特别是在高功率应用中,效率损失较大。

LDO主要元器件:运放,开关元器件(如MOSFET),分压网络,基准电压源

MOSFET工作在饱和区(恒流区),即输出电流不随输入电压改变而改变,只受栅源电压(以NMOS为例,上图使用耗尽型PMOS,其他参考此博客)影响,栅源电压越高,输出电流越高

令负载为电阻,阻值减少表示负载增加,即消耗的电流增加,阻值无穷大时流过的电阻为0

当负载增加(阻值降低)

负载所需的电流增加

LDO输出端电压下降

分压电阻节点电压下降

运放输入的分压值与参考电压之间产生压差

运放输出电压增加

MOSFET栅源电压增大,输出电流增加

负载一定,电流增加,电压随之提高

基准电压源

基准电压源提供一个精确、稳定的参考电压,通常是一个非常低噪声的电源,广泛用于需要高精度电压参考的电路,如ADC、DAC、精密电路中的校准等

其工作原理类似于齐纳二极管的反向击穿特性,即当反向电压超过击穿电压时,继续增大反向电压时二极管的电压不随之改变。

但是其工作在一定的电流范围之内,因此需要选择一个合适的输入电阻用于保证流入基准电压源的电流不会超过其最大能够承受的电流。且需要大于其最小启动电流(拐点电流)。

经典的基准电压源芯片有如CJ432,查阅数据手册可知

即最大输入电压不超过18V,最大电流不超过100mA,最小的拐点电流为0.1mA

由上图可得当电流大于拐点电流Ika(min)后,电压Vka基本保持不变,电流持续增加

输入5V,根据电流限制计算限流电阻,

使用最低限制电流计算得到电阻为(5-1.24)/0.1mA=37K

最高电流下为(5-1.24)/100mA=112

计算电阻上的耗散功率P=I^2xR,确保电阻能够承受

选择1k电阻,电流最大能够达到3.76mA

0.1uF用于滤除高频噪声,10uF用于滤除低频噪声,并联使用使得输出更加纯净

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