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高速PCB设计系列基础知识33|模拟电源知多少

高速PCB设计系列基础知识33|模拟电源知多少

作者: 快点PCB | 来源:发表于2017-06-01 09:31 被阅读28次

上期讲过,一个性能优良的PCB设计,常常面临电源、地噪声的挑战,因此介绍了多种类型的电源。本期将继续探讨--模拟电源。

一、模拟电源介绍

模拟电源:即变压器电源,通过铁芯、线圈来实现,线圈的匝数决定了两端的电压比,铁芯的作用是传递变化磁场,(我国)主线圈在50HZ频率下产生了变化的磁场,这个变化的磁场通过铁芯传递到副线圈,在副线圈里就产生了感应电压,于是变压器就实现了电压的转变。

模拟电源的缺点:线圈、铁芯本身是导体,那么它们在转化电压的过程中会由于自感电流而发热(损耗),所以变压器的效率很低,一般不会超过35%。大功率功放需要变压器提供更多的功率输出,那么,只有通过线圈匝数的增加,铁芯体积增大来实现,匝数和铁芯体积的增加就会加重其损耗,所以,大功率功放的变压器必须做的非常大,这样就会导致:笨重,发热量大。

二、常见的模拟电源电路

1、桥式整流电路

桥式整流器(BRIDGE RECTIFIERS)也叫做整流桥堆,是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路,常用来将交流电转变为直流电。

桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接,外用绝缘塑料封装而成,大功率桥式整流器在绝缘层外添加 金属壳包封,增加散热。桥式整流器品种多,性能优良,整流效率高,稳定性好,最大整流电流从0.5A到50A,最高反向峰值电压从50V到1000V。

2、电容输入滤波

电容输入滤波产生的直流输出电压与整流器峰值电压相等。这种类型的滤波器在电源中最为常见。

电路包括一个交流源、一个二极管和一个电容。对电容输入滤波器的理解关键在于了解这个简单电路在第一个1/4周期内的工作原理。初始状态时,电容上没有电荷。第一个1/4周期,二极管是正向偏置的。理想状况下,二极管如同一个闭合的开关,电容被充电,在前1/4周期的任何一个瞬态,电容电压都等于电源电压。充电过程一直持续到输入电压达到其最大值,在这一时刻,电容的电压等于峰值电压。达到峰值后,输入电压开始下降。然而输入电压一旦小于其峰值电压,二极管随即关断。理想情况下,在第一个1/4周期,所有的电容输入滤波器都是将电容充电至峰值电压。这个峰值电压是常数,它正是电子设备上所需要的理想的直流电压。

3、信号滤波

用模拟电子电路对模拟信号进行滤波,其基本原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。根据频率滤波时,是把信号看成是由不同频率正弦波叠加而成的模拟信号,通过选择不同的频率成分来实现信号滤波。

当允许信号中较高频率的成分通过滤波器时,这种滤波器叫做高通滤波器。

当允许信号中较低频率的成分通过滤波器时,这种滤波器叫做低通滤波器。

当只允许信号中某个频率范围内的成分通过滤波器时,这种滤波器叫做带通滤波器。

当不允许信号中某个频率范围内的成分通过滤波器时,这种滤波器叫做带阻滤器。

4、稳压电源

经过滤波得到的输出电压并非是理想的直流电压,它还会随电网电压波动(一般有±10%)左右的波动,直接影响变压器次级线圈的输出电压),以及负载和温度的变化而变化。为了获得更加稳定的直流电压,在整流、滤波电路之扣,还需要稳压电路,以维持输出电压的稳定。

常见的稳压电路有稳压管稳压电路、晶体管串联型稳压电路、晶体管开关型稳压电路和集成稳压电路等。

5、稳压二极管

齐纳二极管有时又称作稳压二极管,因为当电流变化时它的输出电压可以保持恒定。稳压管工作在反身击穿区,在规定的反向电流范围内可以重复击穿。正常工作时,应该将齐纳二极管反偏,而且,为了使其工作在击穿区,电源电压必须大于齐纳击穿电压。如图:稳压管在电路中反接,与负载电阻并联。稳压电路是由稳压管VZ的电流调节作用和电阻R的电压调节作用互相配合来实现稳压的。电阻R除了起电压调节作用外,还起限流作用。因为如果稳压管没有经电阻R而直接并在输出端,则该电路不仅没有稳压作用,还可能使稳压管中流过很大的反向电流Iz而烧坏管子。因此R也称为限流电阻。

6、串联稳压电源

串联稳压电源,即利用串联于电路中的调整管进行动态分压而使负载得到稳定电压的电路,目的是组成放大器提高稳压精度。

工作原理:除了变压、整流、滤波外,稳压部分一般有四个环节:调整环节、基准电压、比较放大器和取样电路。当电网电压或负载变动引起输出电压V0变化时,取样电路将输出电压V0的一部分馈送回比较放大器和基准电压进行比较,产生的误差电压经放大后去控制调整管的基极电流,自动地改变调整管集-射极间的电压,补偿V0的变化,从而维持输出电压基本不变

串联式稳压器是无噪声的,因为它的晶体管始终工作在线性区。而且,相对于开关式稳压器,串联式稳压器更易于设计和实现。串联式稳压器在负载功率不太高的应用中是首选结构。它相对简单、噪声低,且晶体管的功耗在可接受范围,所以该稳压器的应用较广。

下期预告,数字电源介绍,请同学们持续关注【快点PCB学院】。

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