稳压电源——它们是如何工作的?

电器工程 电源
2022-01-12 22:10:07

我正在构建一个小型音频放大器(szekeres 设计的电流控制变体),它显然需要一个非常干净、稳定的电源。由于最低零件订购要求,除其他外,我将最终获得备用 lm317 和其他。据我了解,标准变压器->惠斯通桥式整流器和开关电源都比较嘈杂,所以由于我有备件,我想知道按照参考设计构建稳压器是否会有所作为,或者是否我应该只使用开关电源为其供电 - 我应该能够找到一个我打算使用的 15-20 伏电源,而根本不使用稳压器来供电

就此而言使用稳压器是否会减少纹波和噪声,或者它只是一个复杂的分压器?

4个回答

开关电源很嘈杂,这是毫无疑问的——通常从千赫到兆赫范围内的任何地方,CM 和 DM 都是如此。

我也认为你把你的条款搞混了。我想您的意思是说变压器和桥式整流器,而不是惠斯通电桥。

您可以使用切换器为 317 稳压器供电,并获得比完全线性解决方案(电源频率变压器等)更清洁的输出和更少的效率损失的好处

317 处于活动状态,将根据电压反馈网络控制器件中的串联晶体管而抑制纹波。

电压调节器不是一个美化的分压器——它具有内部参考和反馈电路,使其能够主动保持功率水平。它并不完美(所以你仍然会得到纹波),但它比分压器要好得多。

电源通常根据两个标准进行评级:线路调节和负载调节。线路调节是电源补偿输入电压变化的能力。这有助于减少纹波 - 如果您使用变压器和惠斯通电桥,在低通滤波后仍然会有一些纹波。良好的线路调节(低 delta Vout / delta Vin)意味着输出电压可以抵抗这些纹波并且更干净。负载调节处理电源在保持电压的同时提供电流的能力。如果您不从电源中汲取电流,那么您很可能会获得正确的输出电压。但是随着您消耗越来越多的电流,大多数电源都会失去电压。

分压器具有糟糕的线路或负载调节 - 它们只是前馈设备,根本不补偿其输出。任何受监管的供应都会比这更好。查看稳压器数据表,了解它们为线路和负载调节提供了哪些数字。同样重要的是带宽。调节器内部有一个小控制回路,只能解释它看到的纹波。任何超出其带宽的波纹都是不可见的,并且无法修复。如果您看到特定的问题频率,您可能需要切换稳压器。一些制造商还提供了一些应用说明,其中包含有关如何扩展稳压器带宽的信息。

祝你好运。

稳压电源(电压)供电操作:

从更大、更简单的角度来看,电压调节器的工作,开关和线性都是充当理想的电压源。也就是说,即使在负载和/或其自身电源变化的情况下也能提供恒定电压。

通常它是通过使用反馈循环来实现的。在这样的设置中,正在检测输出电压,如果它低于设定值,则会采取措施为输出提供更多电流,这将导致输出电压回到设定值(如果电压高于设定值,则反转)。线性稳压器中的这个“东西”是通过调整基极电流或栅极电压使通路元件 *1) 将更多的电流从输入传导到输出。在开关稳压器中,通常“某事”是调整频率和/或占空比以实现相同的目标。因此,总而言之,线性稳压器和开关稳压器的主要工作是减少输出电压变化。

现在,生活中没有什么是完美的,同一目标的两种实现都有(严重的)局限性。有很多因素需要考虑(线路、负载调节、调节速度、稳定性、输出噪声、工作输入/输出电压/电流范围等等),但为了(过度)简化线性调节器更好提供无纹波输出,然后以效率为代价进行切换(这是因为开关稳压器引入了自己的纹波,但反过来效率更高,并且可以做线性稳压器无法做到的事情 - 例如升压)。

对于问题的情况:

A) 在此应用中,确实需要良好的稳压电源,因为可以听到来自电源的 50Hz/60Hz (100Hz/120Hz) 纹波(所谓的电源线嗡嗡声)。还因为链接放大器为了简单而牺牲了电源变化免疫。

B) LM317,来自其 DS,在 120Hz(电源线 x2)下具有 80dB *2) 的典型纹波抑制。也就是说,如果输入端有 1V 峰峰值纹波,则输出纹波应为 0.1mV(10k 倍衰减)。不要引用我的话(因为有很多因素需要注意)但看起来这对于这个应用程序来说应该足够了。

C) 开关稳压器/电源可能足够好,只要它能很好地抑制 100Hz/120Hz(在 LM317 的情况下 80dB 会很好)。即使它产生更多的纹波(很难找到一个输出自纹波小于 5mV 的纹波),如果这些纹波高于 20kHz(对于大多数开关电源来说都是这种情况),您不必担心这些纹波将超出人耳可以听到的频率范围。

顺便说一句,您可以将线性稳压器视为“复杂的分压器”),这实际上是一个很好的类比(因为传递元件可以被视为“可调”电阻)。但是请注意,这种“复杂性”为您提供了 80dB 的纹波抑制 :)


*1) 传输元件 - 通常是晶体管、BJT 或 MOSFET,连接在稳压器输入和输出之间。反馈回路会将其调整为更“打开”或“关闭”状态,这样该元件将通过或多或少的电流以维持输出电压。

*2)您需要正确设计它,即提供足够的去耦帽,确保它可以在适当的跌落下工作以维持法规等。文档是您的朋友。

线性稳压器是一种基于有源器件的稳压器,例如在其线性区域中工作的双极结型晶体管 (BJT) 或场效应晶体管 (FET)。与开关模式电源相比,它的效率非常低,因为输入和输出电压之间的差异会以热量的形式消散。

LM317 具有三个端子:输入、输出和调整。稳压器在输出和调整端子之间产生一个标称 1.25V 的参考电压。该恒定电压施加在电阻器上,导致恒定电流流动。该恒定电流流过接地的第二个电阻。通过改变第二个电阻的值,它两端的电压将发生变化,因此可以设置输出电压。

虽然 LM317 可以不使用电容,但在输入和输出上都添加一个 1 uF 的电容会得到更干净的输出。

此页面可用于计算电阻器的值。 这是另一个。