技術資訊 | 線性電源設計的關鍵考慮因素

關鍵要點

了解什么是線性電源及其應用

創(chuàng)建準系統(tǒng)線性電源設計的設計技巧和要求

穩(wěn)壓器組件的功能、結構和操作元件

簡單的線性電源，帶有變壓器、整流器、平滑電容器和穩(wěn)壓器 IC線性電源是沒有任何開關或數(shù)字元件的電源單元。線性電源 （PSU） 能夠產(chǎn)生多個輸出電壓 — 非常高或非常低的電壓。它們相對更大更重，需要更大的散熱器。它們具有低噪聲、低紋波、不受電源噪聲影響、相對較少的組件，并且易于維修和設計。讓我們來探討一下線性電源設計的確切含義。

線性電源特性

線性電源通常將各種電子設備的市電交流電壓轉換為較低的直流電壓。交流市電電壓通常為120V@60Hz或220V@50Hz，然后通過線性電源轉換為所需的直流級電壓。線性電源模塊可以為較大的電路提供固定的任意直流電壓或各種電壓（+5， +12， -12 V）。它們還可以創(chuàng)建雙極性電壓，例如用于運算放大器的±15V，或相互鎖定電壓的雙跟蹤電源。線性電源的常見用途是通信系統(tǒng)、放大器、實驗室測試設備、各種控制電路和大功率工業(yè)設備。線性電源輸出電壓的示例包括：

• 用于微處理器電路的+5V邏輯
• 0-30V用于臺架測試電源
• ±15V，用于運算放大器電路
• +12V LED照明及其他通用電子產(chǎn)品
• +14.5V電池充電

線性電源設計注意事項

以下是線性 PSU 設計的常見注意事項和要求：

• 輸入范圍，包括電壓、電流和頻率
• 變壓器上的轉換率或匝數(shù)比
• 輸出電壓和地之間的噪聲抑制所需的共模抑制比 （CMRR）
• 電源和電源之間的隔離
• 輸出電壓的峰值和平均值之差，稱為紋波電壓
• 輸出功率要求
• 特定負載和線路調(diào)整要求
• 其他功能，如折返電流限制
• 低壓差特性

線性電源設計架構

基本線性電源架構所需的組件線性電源設計所需的主要組件包括：

• 通過開關、保險絲或指示燈連接到主電源。確保使用良好的接地，并用套管絕緣任何裸露的電線以保護電源。
• 具有基于所需輸出電壓的匝數(shù)和結構的變壓器。這用于隔離下游電路的其余部分，使其免受電源參考。變壓器可能有多個抽頭，以允許不同的電源輸入電壓和次級抽頭以獲得所需的輸出電壓。一些變壓器可能在初級抽頭和次級抽頭之間有一個銅箔屏蔽，以減少電容耦合到高頻電源噪聲。
• 將交流信號轉換為直流的整流器。一般來說，全波橋式整流器是最合適的。但是，請確保您選擇的二極管經(jīng)過精心計算。使用便宜或小的二極管可能會導致電流過大或過壓尖峰引起的故障。選擇具有高峰值反向電壓的二極管除了使用更長的引線以獲得更好的散熱外，還可能會有所幫助。小電容器也可以并聯(lián)放置，以便更快地恢復。
• 平滑電容器用于減少整流器輸出準直流電壓上的交流紋波量。具有低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容器，例如鉭基電容，可以更好地處理紋波。
• 穩(wěn)壓器用于降壓并向負載提供恒定的直流電壓。它可以是串聯(lián)、分流、簡單或復雜的穩(wěn)壓器。此組件很復雜，將在以下部分中進一步討論。

穩(wěn)壓器設計

穩(wěn)壓器可以有各種形狀的尺寸，最終用于接收直流電壓并將其降壓。穩(wěn)壓器使用反饋來保持輸出電壓恒定，與輸入電壓或負載的變化無關。如果負載開始消耗更大的電流，線性穩(wěn)壓器將檢測到這一點并進行調(diào)整以提供更大的功率。它通過反饋機制實現(xiàn)這一點。對輸出電壓的一小部分進行采樣，并與固定基準進行比較。差值被放大并用于控制調(diào)節(jié)元件（通常是晶體管或多個晶體管的配置）以減少電壓誤差。例如，在負載拉動更多電流而輸出過低的情況下，對這種差值進行采樣、放大，然后用于控制調(diào)節(jié)晶體管以允許更多的電流通過，從而將電壓提高到所需值。在折返電流限制、低壓差功能、線路和負載調(diào)整要求或其他電源特定要求的情況下，您的穩(wěn)壓器設計就是實現(xiàn)這一點的地方。線性電源設計效率低下（與開關 PSU相比）;任何額外的功率都以熱量的形式通過控制元件耗散。因此，將適當尺寸的散熱器連接到穩(wěn)壓器，特別是控制晶體管，至關重要。

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