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LDO电源与PWM电源的比较

信息来源:dianyuan365.com  时间:2019-02-20  浏览次数:59

LDO电源与PWM电源的比较

引言

电源设计用得最多是从一个稳定的“高”电压得到一个稳定的“低”电压,也就是DC-DC(直流-直流),其中用得最多的稳压芯片一种叫LDO(低压差线性稳压器),一种叫PWM(脉宽调制开关电源,也称开关电源)。

一)LDO线性稳压电源的原理

如图是线性稳压电源内部结构的示意图。

从高电压Vs得到低电压Vo。Vo经过两个分压电阻分压得到V+,V+被送入放大器正端,负端Vref是电源内部参考电平(参考电平是恒定的)。

放大器的输出Va连接到MOSFET的栅极来控制MOSFET的阻抗。Va变大时,MOSFET的阻抗变大;Va变小时,MOSFET的阻抗变小。MOSFET上的压降将是Vs-Vo。

假设Vo变小,那么V+将变小,放大器的输出Va也将变小,将导致MOSFET的阻抗变小,经过同样的电流,MOSFET的压差将变小,于是将Vo上抬来抑制Vo的变小。

Vo变大,V+变大,Va变大,MOSFET的阻抗变大,经过同样的电流,MOSFET的压差变大,于是抑制Vo变大。

二)开关电源的工作原理

为了从高电压Vs得到Vo,开关电源采用了用一定占空比的方波Vg1,Vg2推动上下MOS管,Vg1和Vg2是反相的,Vg1为高,Vg2为低;上MOS管打开时,下MOS管关闭;下MOS管打开时,上MOS管关闭。由此在L左端形成了一定占空比的方波电压,电感L和电容C我们可以看作是低通滤波器,因此方波电压经过滤波后就得到了滤波后的稳定电压Vo。Vo经过R1、R2分压后送入第一个放大器(误差放大器)的负端V+,误差放大器的输出Va做为第二个放大器(PWM放大器)的正端,PWM放大器的输出Vpwm是一个有一定占空比的方波,经过门逻辑电路处理得到两个反相的方波Vg1、Vg2来控制MOSFET的开关。

放大器的正端Vref是一恒定的电压,而PWM放大器的负端Vt是一个三角波信号,一旦Va比三角波大时,Vpwm为高;Va比三角波小时,Vpwm为低,因此Va与三角波的关系,决定了方波信号Vpwm的占空比;Va高,占空比就低,Va低,占空比就高。经过处理,Vg1与Vpwm同相,Vg2与Vpwm反相;最终L左端的方波电压Vp与Vg1相同。如下图

当Vo上升时,V+将上升,Va下降,Vpwm占空比下降,经过们逻辑之后,Vg1的占空比下降,Vg2的占空比上升,Vp占空比下降,这又导致Vo降低,于是Vo的上升将被抑制。反之亦然。

三)线性稳压电源和开关电源的比较

线性稳压电源内部结构简单,反馈环路短,因此噪声小,而且瞬态响应快。但是输入和输出的压差全部落在了MOSFET上,所以它的效率低。线性稳压一般用在小电流,对电压精度要求高的应用上。

开关电源内部结构复杂,影响输出电压噪声性能的因数多,反馈环路长,因此噪声性能低于线性稳压电源,且瞬态响应慢。但是根据开关电源的结构,MOSFET处于完全开和完全关两种状态,除了驱动MOSFET,和MOSFET自己内阻消耗的能量之外,其他能量被全部用在了输出。

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