为什么稳压IC的纹波抑制比大?

电器工程 电压调节器
2022-01-20 17:03:21

LM7805 稳压器的纹波抑制为 73bB(最小值为 62dB)。我的教科书说这带来了巨大的优势,因为我们不必在电源中使用任何笨重的 LC 滤波器来最小化纹波。

我不明白这个 IC 是如何降低纹波的。

LM7805内部电路示例:

在此处输入图像描述

我看不到任何块可以像输入电压的滤波电容器一样减少纹波。

为什么稳压器IC的纹波抑制比这么大?

4个回答

让我们查看数据表以了解有关此纹波抑制的更多详细信息:

在此处输入图像描述

请注意它是如何表示“f = 120 Hz”的,这意味着该纹波抑制是在 120 Hz 时测量的,这是一个相当低的频率。

LM7805(和许多其他稳压器)内部的电路归结为:

在此处输入图像描述

资源

齐纳二极管产生稳定的参考电压VZ(在LM7805中使用了“带隙电路”,它具有相同的功能)。

该参考电压电路还需要具有很好的纹波抑制能力,参考电压上的任何纹波也会出现在输出端。在实践中,这通常不是问题,因为可以制作具有足够纹波抑制的参考电压电路。

运算放大器(用作误差放大器)比较输出电压(实际上是输出电压的分压版本,R1R2是一个分压器)。

运算放大器的输出控制晶体管 Q2。

如果运算放大器足够快,那么它可以很好地控制晶体管 Q2,使其足够快以响应电压变化(纹波!)Vi. 它将以这样的方式响应,在Vo在循环可以管理的范围内,留下的涟漪就很少了。本质上,环路通过控制 Q2 来补偿纹波,从而抑制纹波

如果您进行正确的环路分析,您会发现纹波抑制取决于环路内的额外环路增益有关更多信息,请阅读此

因此,使用足够快且增益高的运算放大器(对于 120 Hz,这不是问题,增益将非常高),我们可以实现非常高的纹波抑制。

在 120 Hz (高得多)的频率下,例如在 1 MHz 下,运算放大器将不够快,并且增益较小,这意味着纹波抑制较少。幸运的是,我们可以使用电容器来帮助我们。对于 1 MHz,这些电容器的值可能相对较小(几 uF),因此尺寸和成本不是问题。此外,通常需要这些电容器来保证稳压器的稳定性,如果没有输入和输出电容器,稳压器可能会振荡并产生新的纹波!

稳压器内部没有能量存储(可以说),它的作用是测量从外部存储电容器到输出的功率。因此,在最坏的情况下,纹波电压“波谷”决不能太接近稳压器的压差电压。

与理想的 LC 滤波器不同,这意味着只要电压高于最小值,稳压器中的功率就会被烧毁。

想象一下,这座城市给你 60-70 PSI 的水,但你需要 50 PSI +/- 1 PSI。如果进水压力足以超过 50 PSI 以弥补阀门和管道中的损失,您始终可以控制阀门以获得 50 PSI。

因为带有电容器的滤波器可以缓冲峰值和谷值以平滑输入电压并产生平均电压。这需要大量的能量存储。

稳压器只是切除纹波部分并输出一个平滑的电压,其值低于输入电压骤降的最低值。 在此处输入图像描述

这就是稳压器所做的,理想情况下,无论输入电压是多少(只要它在限制范围内),它都会输出固定的输出电压。

它们产生一个内部参考电压,即使输入电压变化也不会发生太大变化,然后有一个反馈机制将输出电压与参考电压进行比较,从而使输出电压保持相当稳定。