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电源电路

第9章 - 实用模拟半导体电路

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有三种主要的电源:不受监管的(也称为蛮力),线性调节, 和切换。第四种类型的电源电路称为ripple-regulated,是“蛮力”和“切换”设计之间的混合体,并为自己分组。

不受监管的

非稳压电源是最基本的类型,由一个变压器,整流器, 和低通滤波器。这些电源通常表现出很多纹波电压(即快速变化的不稳定性)和其他交流“噪声”叠加在直流电源上。输入电压变化时,输出电压会成比例变化。不受监管的供应的好处是便宜、简单和有效。

线性调节

线性调节电源简单地是“蛮力”(未调节)电源,后跟其在其“活动”或“线性”模式下操作的晶体管电路,因此名称线性监管机构。(回想起来很明显,不是吗?)一个典型的线性稳压器被设计为输出一个固定电压的大范围的输入电压,它简单地降低任何多余的输入电压以允许最大的输出电压到负载。这种过剩的电压降导致以热的形式显著的功率耗散。如果输入电压过低,晶体管电路将失去调节,这意味着它将不能保持电压稳定。它只能降低过多的电压,而不能弥补电路蛮力部分的电压不足。因此,你必须保持输入电压至少比期望的输出高1到3伏,这取决于稳压器类型。这意味着等于at的幂至少1至3伏乘以满载电流将由调节器电路消散,产生大量的热量。这使线性调节电源相当低效。此外,为了摆脱所有热量,它们必须使用大型散热器,使它们变大,沉重和昂贵。

交换

交换规范电源供应(“开关”)是一个努力实现暴力和线性调节设计的优点(小,高效,廉价,但也“清洁”,稳定的输出电压)。开关电源的工作原理是将输入的交流电力线电压整流为直流电压,通过晶体管作为通/关开关,再将其转换为高频交流方波,使用一个轻量级的变压器使交流电压上升或下降。然后将变压器的交流输出整流为直流输出并过滤最终输出。电压调节是通过改变变压器一次侧直流-交流逆变的“占空比”来实现的。除了由于更小的变压器铁芯而重量更轻之外,与之前的两种设计相比,开关还有另一个巨大的优势:这一点电源类型可以使其完全独立于输入电压,可以在世界上任何电力系统工作;这些被称为“通用”电源。开关的缺点是它们更复杂,而且由于它们的操作,它们往往会在电力线上产生很多高频交流“噪音”。大多数开关的输出也有显著的纹波电压。对于更便宜的类型,这种噪音和波纹可能是糟糕的不稳定的电源供应;这样的低端开关并非毫无价值,因为它们仍然提供稳定的平均输出电压,还有“通用”输入能力。昂贵的开关是无波纹和噪音几乎为一些线性类型;这些开关往往和线性电源一样昂贵。使用一个昂贵的开关而不是一个好的线性的原因是,如果你需要通用电源系统兼容性或高效率。高效率、重量轻、体积小是开关电源几乎普遍用于数字计算机电路的原因。

纹波规范

A ripple-regulated power supply is an alternative to the linear regulated design scheme: a “brute force” power supply (transformer, rectifier, filter) constitutes the “front end” of the circuit, but a transistor operated strictly in it’s on/off (saturation/cutoff) modes transfers DC power to a large电容器根据需要,保持高和低设定点之间的输出电压。如在切换器中,纹波调节器中的晶体管从未通过电流,同时在其“有源”或“线性”模式下进行任何实质性的时间,这意味着浪费很少的能量将以热量浪费。然而,该监管方案的最大缺点是输出上的一些纹波电压的必要存在,因为直流电压在两个电压控制设定值之间变化。此外,该纹波电压频率根据负载电流而变化,这使得DC电源的最终滤波更加困难。波纹调节器电路往往比切换器电路更简单,并且它们不需要处理切换器晶体管必须处理的高电源线电压,使它们更安全。

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