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级联低压差稳压器、SMPS抑制纹波,保持效率

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:428

降压型smps(开关电源)能有效地将未稳压的电源转换为稳定的输出电压。但是,输出端会出现由开关而产生的有害纹波和输入瞬变。如将有噪声的电源加在rf功率放大器上,则会在广播频谱中注入寄生信号或调制噪声。模拟系统工程师与rf系统工程师都青睐传统的低噪声电源设计,它包括一个变压器、整流器和滤波器,后面是一个线性稳压器。一只低压差线性稳压器的低输出噪声和高psrr(电源抑制比)可以确保干净的电源,不会造成对功率放大器输出的干扰。

  不幸的是,变压器和整流器电源的输出电压会随着输入电压而产生波动。当输入、输出之间电压差增大时,低压差稳压器的效率降低,功耗增加。为了
在低交流线路电压下保持稳压,即使低压差稳压器也需要一定量的输入/输出电压裕度。

  为克服两类电路的固有缺点,可以用一个smps来保持高效率,而用一个低压差稳压器减少smps的输出噪声和纹波电压。将smps的输出电压设定在略高于低压差稳压器的最小压差电压上,以降低稳压器的功耗,使之适应对开关噪声抑制和保持高效率的要求。稳压器增加的psrr以及组合电路的psrr都超出单个稳压器或smps的性能。

  图1显示的是由一个包含smps和后随线性稳压器构成的级联电路。该电路的输出电压范围从1.5v ~ 5v,输出电流高达400 ma。虽然这里采用固定 6v 电源为级联电路供电,但它的设计能适用于任何输入电压,只要该电压比级联对所需的输出电压高出0.5v。


  在0v ~ 1.105v之间调整基准电压vset就可以线性地改变电路的输出电压。电阻器r1与r2以及基准电压 vset确定了低压差稳压器的输出电压,因此也确定了级联的输出电压。电阻器rt、rb、r3和r4对vset分压,使smps的输出电压vps保持恒定高于稳压器输出电压0.2v,在满程输出电流和任何输出电压情况下,将稳压器的功耗降至80mw。

  在最大输出电流 400 ma 时,6v 输入和 4.69v 输出的级联电源达到 89% 的最高效率(图 2)。总效率会随着输出电压的下降而减小。图 3 是只有 smps 的 psrr 与smps级联了稳压器的 psrr做比较,在 500 hz 时 psrr 提高了 46 db,这实际上是 500 hz 时只用稳压器的值。


  在100 hz ~ 100 khz 频率范围内,低压差稳压器将 psrr 提高了至少 25 db(图 3)。电路布局和测量技术都增加了精确测量小信号的困难,图形中的 psrr 值也可能并不显示增长。线性稳压器决定着电路的开关负载瞬变响应,它可能在 smps 响应上有所提高。但是,级联电路的低输出纹波和高效率就已经使该电路值得研究了。



降压型smps(开关电源)能有效地将未稳压的电源转换为稳定的输出电压。但是,输出端会出现由开关而产生的有害纹波和输入瞬变。如将有噪声的电源加在rf功率放大器上,则会在广播频谱中注入寄生信号或调制噪声。模拟系统工程师与rf系统工程师都青睐传统的低噪声电源设计,它包括一个变压器、整流器和滤波器,后面是一个线性稳压器。一只低压差线性稳压器的低输出噪声和高psrr(电源抑制比)可以确保干净的电源,不会造成对功率放大器输出的干扰。

  不幸的是,变压器和整流器电源的输出电压会随着输入电压而产生波动。当输入、输出之间电压差增大时,低压差稳压器的效率降低,功耗增加。为了
在低交流线路电压下保持稳压,即使低压差稳压器也需要一定量的输入/输出电压裕度。

  为克服两类电路的固有缺点,可以用一个smps来保持高效率,而用一个低压差稳压器减少smps的输出噪声和纹波电压。将smps的输出电压设定在略高于低压差稳压器的最小压差电压上,以降低稳压器的功耗,使之适应对开关噪声抑制和保持高效率的要求。稳压器增加的psrr以及组合电路的psrr都超出单个稳压器或smps的性能。

  图1显示的是由一个包含smps和后随线性稳压器构成的级联电路。该电路的输出电压范围从1.5v ~ 5v,输出电流高达400 ma。虽然这里采用固定 6v 电源为级联电路供电,但它的设计能适用于任何输入电压,只要该电压比级联对所需的输出电压高出0.5v。


  在0v ~ 1.105v之间调整基准电压vset就可以线性地改变电路的输出电压。电阻器r1与r2以及基准电压 vset确定了低压差稳压器的输出电压,因此也确定了级联的输出电压。电阻器rt、rb、r3和r4对vset分压,使smps的输出电压vps保持恒定高于稳压器输出电压0.2v,在满程输出电流和任何输出电压情况下,将稳压器的功耗降至80mw。

  在最大输出电流 400 ma 时,6v 输入和 4.69v 输出的级联电源达到 89% 的最高效率(图 2)。总效率会随着输出电压的下降而减小。图 3 是只有 smps 的 psrr 与smps级联了稳压器的 psrr做比较,在 500 hz 时 psrr 提高了 46 db,这实际上是 500 hz 时只用稳压器的值。


  在100 hz ~ 100 khz 频率范围内,低压差稳压器将 psrr 提高了至少 25 db(图 3)。电路布局和测量技术都增加了精确测量小信号的困难,图形中的 psrr 值也可能并不显示增长。线性稳压器决定着电路的开关负载瞬变响应,它可能在 smps 响应上有所提高。但是,级联电路的低输出纹波和高效率就已经使该电路值得研究了。



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