中心論題：

• 開關穩壓電源的原理和結構。
• 開關穩壓電源的優點和缺點。
• 一種微功耗的低壓差線性穩壓器LDO的簡介。
• LDO於開關電源的應用。

• 通過調頻或調寬補償輸入信號電壓的變化。
• 開關穩壓電源的工作頻率是線性穩壓電源的1000倍提高濾波效率。
• 具有極低的自有噪聲和較高的電源抑製比的LDO保證輸出電壓的穩定。

A 引言
dianyuanshigezhongdianzishebeibibukequeshaodezuchengbufen，qixingnengdeyouliezhijieguanxidaodianzishebeidejishuzhibiaojinengfouanquankekaodigongzuo。muqianchangyongdezhiliuwenyadianyuanfenxianxingdianyuanhekaiguandianyuanliangdalei

，youyukaiguandianyuanneibuguanjianyuanqijiangongzuozaigaopinkaiguanzhuangtai，benshenxiaohaodenenglianghendi


，kaiguandianyuanxiaolvkeda80％～90％

，比普通線性穩壓電源提高近一倍，目前已成為穩壓電源的主流產品。
 
B 開關穩壓電源的結構
圖(1)畫出了開關穩壓電源的原理圖及等效原理框圖
，它是由全波整流器

，開關管Vi，激勵信號，續流二極管VD，儲能電感和濾波電容Czucheng。shijishang，kaiguanwenyadianyuandehexinbufenshiyigezhiliubianyaqi。zheliwomenduizhiliubianhuanqihenibianqizuoruxiajieshi。nibianqi，tashibazhiliuzhuanbianweijiaoliudezhuangzhi。nibianqitongchangbeiguangfandiyingyongzaicaiyongdianpinghuodianchizuchengdebeiyongdianyuanzhong。zhiliubianhuanqi，tashibazhiliuzhuanhuanchengjiaoliu

，ranhouyoubajiaoliuzhuanhuanchengzhiliudezhuangzhi。zhezhongzhuangzhibeiguangfandiyingyongzaikaiguanwenyadianyuanzhong。caiyongzhiliubianhuanqikeyibayizhongzhiliugongdiandianyabianhuanchengjixing
、數值各不同的多種直流供電電壓。
 
C 開關穩壓電源的優點和缺點
a開關穩壓電源的優點
功耗小，效率高。在圖(1)中的開關穩壓電源電路中，晶體管V在激勵信號的激勵下，它交替地工作在導通截止和截止導通的開關狀態，轉換速度很快
，頻率一般為50kHz左右，在一些技術先進的國家，可以做到幾百或者近1000kHz。這使得開關晶體管V的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達到80％。
 
 
體積小，重量輕。從開關穩壓電源的原理框圖可以清楚地看到這裏沒有采用笨重的工頻變壓器。由於調整管V上的耗散功率大幅度降低後，又省去了較大的散熱片。由於這兩方麵原因
，所以開關穩壓電源的體積小，重量輕。
 
wenyafanweikuan。congkaiguanwenyadianyuandeshuchudianyashiyoujilixinhaodezhankongbilaitiaojiede
，shuruxinhaodianyadebianhuakeyitongguotiaopinhuotiaokuanlaijinxingbuchang，zheyang，zaigongpindianwangdianyabianhuajiaodashi
，tarengnenggoubaozhengyoujiaowendingdeshuchudianya。suoyikaiguandianyuandewenyafanweihenkuan
，wenyaxiaoguohenhao。ciwai，gaibianzhankongbidefangfayoumaikuantiaozhixinghepinlvtiaozhixingliangzhong。zheyang，kaiguanwenyadianyuanbujinjuyouwenyafanweikuandeyoudian，erqieshixianwenyadefangfayejiaoduo
，shejirenyuankeyigenjushijiyingyongdeyaoqiu


，linghuodixuanyonggezhongleixingdekaiguanwenyadianyuan。
 
濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。開關穩壓電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz
，是線性穩壓電源的1000倍
，這使整流後的濾波效率幾乎也提高了1000倍。就是采用半波整流後加電容濾波
，效率也提高了500倍。在相同的紋波輸出電壓下
，采用開關穩壓電源時，濾波電容的容量隻是線性穩壓電源中濾波電容的1／5001／1000。
 
電dian路lu形xing式shi靈ling活huo多duo樣yang。例li如ru，有you自zi激ji式shi和he他ta激ji式shi
，有you調tiao寬kuan型xing和he調tiao頻pin型xing
，有you單dan端duan式shi和he雙shuang端duan式shi等deng等deng，設she計ji者zhe可ke以yi發fa揮hui各ge種zhong類lei型xing電dian路lu的de特te長chang，設she計ji出chu能neng滿man足zu不bu同tong應ying用yong場chang合he的de開kai關guan穩wen壓ya電dian源yuan。
 
b 開關穩壓電源的缺點
開關穩壓電源的缺點是存在較為嚴重的開關幹擾。開關穩壓電源中
，功率調整開關晶體管V工(gong)作(zuo)在(zai)開(kai)關(guan)狀(zhuang)態(tai)，它(ta)產(chan)生(sheng)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)其(qi)他(ta)元(yuan)器(qi)件(jian)產(chan)生(sheng)尖(jian)峰(feng)幹(gan)擾(rao)和(he)諧(xie)振(zhen)幹(gan)擾(rao)，這(zhe)些(xie)幹(gan)擾(rao)如(ru)果(guo)不(bu)采(cai)取(qu)一(yi)定(ding)的(de)措(cuo)施(shi)進(jin)行(xing)抑(yi)製(zhi)、消xiao除chu和he屏ping蔽bi，就jiu會hui嚴yan重zhong地di影ying響xiang整zheng機ji的de正zheng常chang工gong作zuo。此ci外wai由you於yu開kai關guan穩wen壓ya電dian源yuan振zhen蕩dang器qi沒mei有you工gong頻pin變bian壓ya器qi的de隔ge離li，這zhe些xie幹gan擾rao就jiu會hui串chuan入ru工gong頻pin電dian網wang，使shi附fu近jin的de其qi他ta電dian子zi儀yi器qi
、設備和家用電器受到嚴重的幹擾。
 
目前
，由於國內微電子技術
、阻(zu)容(rong)器(qi)件(jian)生(sheng)產(chan)技(ji)術(shu)以(yi)及(ji)磁(ci)性(xing)材(cai)料(liao)技(ji)術(shu)與(yu)一(yi)些(xie)技(ji)術(shu)先(xian)進(jin)國(guo)家(jia)還(hai)有(you)一(yi)定(ding)的(de)差(cha)距(ju)

，因(yin)而(er)造(zao)價(jia)不(bu)能(neng)進(jin)一(yi)步(bu)降(jiang)低(di)，也(ye)影(ying)響(xiang)到(dao)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)。所(suo)以(yi)在(zai)我(wo)國(guo)的(de)電(dian)子(zi)儀(yi)器(qi)以(yi)及(ji)機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)儀(yi)器(qi)中(zhong)
，開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)電(dian)源(yuan)還(hai)不(bu)能(neng)得(de)到(dao)十(shi)分(fen)廣(guang)泛(fan)的(de)普(pu)及(ji)及(ji)使(shi)用(yong)。特(te)別(bie)是(shi)對(dui)於(yu)無(wu)工(gong)頻(pin)變(bian)壓(ya)器(qi)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)電(dian)源(yuan)中(zhong)的(de)高(gao)壓(ya)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)、高反壓大功率開關管、開關變壓器的磁芯材料等器件
，在我國還處於研究
、kaifajieduan。zaiyixiejishuxianjinguojia，kaiguanwenyadianyuansuiranyouleyidingdefazhan，danzaishijiyingyongzhongyehaicunzaiyixiewenti，bunengshifenlingrenmanyi。zhebaoluchukaiguanwenyadianyuandeyouyigequedian
，najiushidianlujiegoufuza，guzhanglvgao，weixiumafan。duici
，ruguoshejizhehezhizaozhebuyuyichongfenzhongshi，zetajiangzhijieyingxiangdaokaiguanwenyadianyuandetuiguangyingyong。dangjin，kaiguanwenyadianyuantuiguangyingyongbijiaokunnandezhuyaoyuanyinjiushitadezhizuojishunanduda
、維修麻煩和造價成本較高
 
D LDO簡介
LDO是一種微功耗的低壓差線性穩壓器，它通常具有極低的自有噪聲和較高的電源抑製比PSRR(PowerSupplyRejectionRatio)。
 
LDO低壓差線性穩壓器的結構如圖(2)主要包括啟動電路、恒流源偏置單元、使能電路、調整元件
、基準源
、誤差放大器、反饋電阻網絡和保護電路等。基本工作原理是這樣的：係xi統tong加jia電dian，如ru果guo使shi能neng腳jiao處chu於yu高gao電dian平ping時shi
，電dian路lu開kai始shi啟qi動dong

，恒heng流liu源yuan電dian路lu給gei整zheng個ge電dian路lu提ti供gong偏pian置zhi，基ji準zhun源yuan電dian壓ya快kuai速su建jian立li，輸shu出chu隨sui著zhe輸shu入ru不bu斷duan上shang升sheng，當dang輸shu出chu即ji將jiang達da到dao規gui定ding值zhi時shi，由you反fan饋kui網wang絡luo得de到dao的de輸shu出chu反fan饋kui電dian壓ya也ye接jie近jin於yu基ji準zhun電dian壓ya值zhi
，此ci時shi誤wu差cha放fang大da器qi將jiang輸shu出chu反fan饋kui電dian壓ya和he基ji準zhun電dian壓ya之zhi間jian的de誤wu差cha小xiao信xin號hao進jin行xing放fang大da，再zai經jing調tiao整zheng管guan放fang大da到dao輸shu出chu，從cong而er形xing成cheng負fu反fan饋kui，保bao證zheng了le輸shu出chu電dian壓ya穩wen定ding在zai規gui定ding值zhi上shang，同tong理li如ru果guo輸shu入ru電dian壓ya變bian化hua或huo輸shu出chu電dian流liu變bian化hua，這zhe個ge閉bi環huan回hui路lu將jiang使shi輸shu出chu電dian壓ya保bao持chi不bu變bian，即ji：Vout=(R1+R2)／R2 ×Vref

 
實際的低壓差線性穩壓器還具有如負載短路保護
、過壓關斷、過熱關斷、反接保護等其它的功能。
 
E LDO應用於開關電源
目前大多IC設計產商生產的低壓差線性穩壓器(LDO)典型封裝都是SOT23-5和SOT23-3，如聖邦微電子的SGM2007
，SGM2013。如圖(3)為SGM2007的典型應用電路圖。
 
 
目前市場上出售的開關電源中采用雙極性晶體管製成的開關頻率100kHz
，用MOS-FET製成的開關頻率500kHz電源。開關電源的突出缺點是產生較強的EMI。EMI信(xin)號(hao)既(ji)具(ju)有(you)很(hen)寬(kuan)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)，又(you)有(you)一(yi)定(ding)的(de)幅(fu)度(du)，經(jing)傳(chuan)導(dao)和(he)輻(fu)射(she)會(hui)汙(wu)染(ran)電(dian)磁(ci)環(huan)境(jing)

，對(dui)通(tong)信(xin)設(she)備(bei)和(he)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)造(zao)成(cheng)幹(gan)擾(rao)。如(ru)果(guo)處(chu)理(li)不(bu)當(dang)
，開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)本(ben)身(shen)就(jiu)會(hui)變(bian)成(cheng)一(yi)個(ge)幹(gan)擾(rao)源(yuan)。當(dang)用(yong)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)做(zuo)為(wei)LDO的輸入VIN時要注意LDO電源抑製比和功耗。
 
電源抑製比PSRR(Power supply ripple rejectionratio)是反應LDO輸出對輸入紋波抑製能力的一個交流參數
，一般輸出和輸入的頻率是一樣的，PSRR的值越大說明LDO的紋波能力越強

，也就是說輸入對輸出的影響很小。盡管LDO的電源抑製比很強，但都是在一定頻率內的抑製很強，一般的在50KHz到200kHz的電源抑製比還是很差的如圖(4)為SGM2007的PSRR和頻率曲線，而這段頻率正是大多數開關電源的工作頻率，如果LDO的負載和輸入輸出電容匹配不好，很容易引起LDO振蕩。而造成整個LDO供電係統的不穩定。
 
目前市場上出售的開關電源大多數都是固定電壓輸出的
，一般常用都是5V輸出的，而一般的LDO應用最多的是3.3V輸出的
，在開關電源的輸出做為LDO的輸入時，就存在一個很大的壓差，為1.7V。如果LDO電流很大的話如200mA，那麼芯片的溫度就會很高，功耗很大，長時間工作在高溫的情況下，會影響芯片的工作壽命。
 
 
低壓差線性穩壓器功耗主要是輸入電壓
，輸出電壓以及輸出電流的函數。下列方程式可用來計算最惡劣情況下的功耗：PD=(VINMAX-VOUTMIN)ILMAX。其中：PD=最惡劣情況下的實際功耗
，VINMAX=VIN腳上的最大電壓，VOUTMIN=穩壓器輸出的最小電壓，ILMAX=最大(負載)輸出電流。
 
最大允許功耗(PDMAX)是最大環境溫度(TAMAX)
，最大允許結溫(TJMAX)(+125℃)和結點到空氣間熱阻(θJA)的函數。對於安裝在典型雙層FR4電解銅鍍層PCB板上的5引腳SOT-23封裝器件，其(θJA)約為250℃／Watt。
 
PDMAX=(TAMAX-TJMAX)/θJA
VINMAX=3.0V+10％，VOUTMIN=2.7V-2.5％

，ILOADMAX=40mA，TJMAX=+125℃，TAMAX=+55℃
實際功耗PD=26.7mW
，最大允許功耗：PDMAX=280mW
 
F  結論
當開關電源做為低壓差線性穩壓器輸入時
，一定要注意開關電源的紋波，開關頻率對LDO的影響，及LDO負載電容的匹配，不要超過他的最大功耗，以影響係統的穩定性。