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3.4 线性电源的关键参数

线性电源不论是三端稳压源还是可调型稳压源,都需要关注关键参数,以保证设计的正确性。

1.调整电压

调整电压即输出和输入的电压差,指工作时输入电压到输出电压的压降。它会影响后续的设计,所以必须首先考虑这个调整电压,以确定次线性电源能否满足系统的要求。

(1)最大值:若这个电压太大,将会导致损耗太大。线性电源95%以上的功率损耗是在这个电压降上。损耗公式为:

线性稳压器的电压差可以理解为,维持功率调整管处在线性放大区,若器件能正常工作,则输入与输出之间的电压降必须满足:

(2)最小值:低于最小调整电压,线性电源就超过了调整范围。它与调整管取得驱动电流和电压方式有关。

为什么调整电压最小值不是0?这是由NPN双极型功率调整晶体管实现线性电源的内部电路原理决定的,如图3.17所示。

图3.17 NPN双极型功率调整晶体管实现线性电源的内部图

使用NPN双极型功率调整晶体管[如图3.17(a)所示],所需要的基极和射极的电压差,是从它自身的集射极电压获得的。对于NPN调整管而言,这就是实际的最小调整电压。这个决定了调整电压不能低于NPN调整管的基射极电压(0.7V)加上基极驱动器件(晶体管和电阻)压降,这个电压至少大于1.4V。

如果输入电压与输出电压的压差小于2.5V,建议使用低电压差调整电源(LDO)。这种电路采用PNP调整晶体管,从输出电压取得基射极电压,而不是从调整电压或输入电压取得基射极电压[如图3.17(b)所示],这使得调整管最小有0.7V电压差。

2.线性调整率(Line Regulation)

线性调整率是指满载时,输出电压随输入电压的线性变化的波动。也就是说,输入电压在额定范围内变化(输入电压在变化),但是仍然满足设计要求,此时输出电压受到输入电压变化的影响而产生的变化,用以下公式表达对应的变化率:

式中:V nor ——输入电压为常态值、输出为满载时的输出电压;

V out ( max ) ——输入电压变化时的最高输出电压(输入电压最大时的输出电压);

V out ( min ) ——输入电压变化时的最低输出电压(输入电压最小时的输出电压)。

V nor 可用输出电压标称值。

检验方法:输出全满载,在输入电压全范围内测量输出电压,观察示波器及万用表,记下输入电压全范围变化时的输出电压最大值和最小值,利用上述公式求得线性调整率。

线性调整率越小,输入电压对输出电压的影响越小,线性稳压器的性能越优越,即输入电压的波动对输出电压的影响要足够小。

3.负载调节率(Load Regulation)

负载调节率又称负载效应,是指输出电压随负载变化的波动,条件是输入为额定电压。电源负载的变化会引起电源输出的变化,负载增加则输出电压降低,负载减少则输出电压升高。好的电源负载变化引起的输出变化会减到最低,通常指标为3%~5%。

式中:V ml ——最小负载时的输出电压;

V fl ——满载时的输出电压;

V hl ——半载时的输出电压。

说明:如只是简单计算Load Regulation,V hl 可用Vr rated (即标称电压)来代替。

检验方法:输入为额定电压,分别在负载为空载、全满载两种输出的情况下,负载进行反复切换。观察示波器及万用表,测量输出电压幅值和波形,记下切换过程中的输出电压的最大值和最小值,利用上述公式求得负载调整率。

4. PSRR电源纹波抑制比

低压差线性稳压器的输入源往往存在许多干扰信号。PSRR(Power Supply Rejection Ratio,电源纹波抑制比)反映了低压差线性稳压器对于这些干扰信号的抑制能力。PSRR越大,表明输出电压越不受输入电压波动的影响。

PSRR可以衡量一个电路的电源抑制能力,表示为输出噪声与输入噪声的对数之比,定义如图3.18所示。PSRR也反映了电路对纹波或噪声的抑制能力,这个纹波有可能是50Hz的交流干扰,也可能是DC/DC转换器的开关噪声。

图3.18 PSRR测试原理图

LDO及运算放大器产品比较关注PSRR的指标。

PSRR的计算公式是

式中:Ripple input ——输入电压中纹波峰峰值;

Ripple output ——输出电压中纹波峰峰值。

举例:如果一个电路输入叠加的电压纹波峰峰值是500mV,输出电压纹波峰峰值是0.1mV,那么它对应的PSRR为

5.静态电流

静态电流表示当负载无穷大的时候,其自身产生的电流。这个静态电流产生的功耗就是电路的静态功耗。静态功耗越大,电源效率越低。

6.静态电流变化量

当负载变化之后,线性电源的静态电流会随之而变。负载发生变化时,静态电流变化量的多少,我们就称之为静态电流的变化量,表示的是静态电流的变化范围。

7.输出噪声电压

这个参数表示的是线性电源在没有外部干扰,以及输入电源也非常稳定的情况下,其自身电路特性造成的噪声电压。这个噪声电压值越大,会导致输出的特性越差。线性电源这个参数一般都比较小,通常为µV级别,相对来讲,所用电芯片的要求非常小,设计时往往可以忽略不计。 pj0Mkc25gMEqnajcMy/d4/bp+nw17ollFStZMiBXHmkbtsvn3gaZBtMPHZQYF9AA

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