稳压器電(diàn)路类型

2020-07-29

每个新(xīn)的電(diàn)子设备都需要某种程度的功率调节。无论新(xīn)产品是依靠電(diàn)池，外部電(diàn)源还是交流電(diàn)源运行，都需要為(wèi)新(xīn)系统设计一种调节策略。这可(kě)能(néng)涉及多(duō)个功率调节電(diàn)路，通常带有(yǒu)反馈以提供高效功率转换。您可(kě)能(néng)需要各种支持组件和功能(néng)，以帮助您调节功率输出，尤其是在系统以高功率运行时。

从用(yòng)于CPU和GPU的VRM到简单的線(xiàn)性DC稳压器的所有(yǒu)内容都需要在布局之前进行一定程度的评估。在创建布局之前，应对稳压器電(diàn)路执行一些基本仿真。这是在稳压器電(diàn)路仿真步骤中要注意的内容，以及如何发现電(diàn)路设计问题。

稳压器電(diàn)路拓扑将确定设备的功能(néng)并定义组件在系统中的放置位置。每种类型的稳压器電(diàn)路类型和拓扑结构都有(yǒu)不同的优点和缺点。在开始模拟稳压器電(diàn)路之前，您需要确定所需的稳压器类型，拓扑以及保持高转换效率的稳定電(diàn)源所需的任何其他(tā)功能(néng)。

稳压器类型

在電(diàn)子系统中可(kě)以找到两种基本类型的稳压器：

線(xiàn)性稳压器。这些调节器使用(yòng)線(xiàn)性電(diàn)阻元件（例如電(diàn)位计）或以線(xiàn)性方式工作的非線(xiàn)性元件（例如MOSFET）来提供稳定的電(diàn)压输出。線(xiàn)性稳压器的常见类型是串联，并联和低压降（LDO）。这些调节器的效率可(kě)能(néng)在60％至80％之间。

开关稳压器。这些稳压器使用(yòng)带有(yǒu)放電(diàn)電(diàn)抗元件的开关FET，以根据特定应用(yòng)的需要对输出電(diàn)压进行升压（升压转换器）或降压（降压转换器）。这些稳压器提供高效的DC-DC電(diàn)源转换，效率轻松超过90％。用(yòng)于GPU或CPU的VRM是开关调节器的一种常见类型。

尽管这些不同类型的稳压器電(diàn)路设计提供不同的效率并需要不同的组件，但它们可(kě)以一起用(yòng)于多(duō)级稳压器策略中。与单独使用(yòng)線(xiàn)性稳压器電(diàn)路时相比，这种类型的布置可(kě)以提供更高的效率電(diàn)源转换，并且允许设计人员為(wèi)以不同電(diàn)压运行的多(duō)个電(diàn)路块提供電(diàn)源。

線(xiàn)性稳压器与开关稳压器

線(xiàn)性稳压器最简单的类型是并联稳压器。该稳压器電(diàn)路使用(yòng)齐纳二极管在负载的低端和输出的高端之间提供反馈，从而提供稳定的功率输出。尽管在稳压器的高端使用(yòng)了双极型晶體(tǐ)管或MOSFET来提供稳定的输出，但是串联稳压器是这种情况的变體(tǐ)。晶體(tǐ)管的基极/栅极在反馈环路中连接至齐纳二极管，然后将基极/栅极電(diàn)流调制為(wèi)稳定值。

三种常见的線(xiàn)性電(diàn)压電(diàn)路图：（左）并联，（中心）系列和（右）LDO

开关稳压器设计具有(yǒu)降压，升压或降压-升压拓扑。这些電(diàn)路的共同主题是使用(yòng)开关晶體(tǐ)管将输出電(diàn)压和電(diàn)流调节到特定水平。这需要為(wèi)晶體(tǐ)管提供PWM信号以调制输出電(diàn)流。

开关稳压器和复杂的線(xiàn)性稳压器通常将反馈回路作為(wèi)调节策略的一部分(fēn)。对于LDO，反馈环路由一个硅带隙基准電(diàn)压源和一个运算放大器（在LDO電(diàn)路图中称為(wèi)误差放大器）组成。对于开关稳压器，反馈环路和控制策略可(kě)以像控制PWM信号的ADC和MCU一样简单，或者针对更高功率应用(yòng)的可(kě)编程感应放大器一样简单。

在稳压器電(diàn)路中，反馈不仅仅提供增益以达到所需的输出功率。如果输出電(diàn)压和電(diàn)流开始偏离期望值，则还应控制调节器。大功率开关稳压器的常见策略是使用(yòng)感测放大器和ADC来量化输出電(diàn)压。然后，可(kě)以将其与已编程的MCU配合使用(yòng)，以调节PWM信号的占空比，从而调制开关FET。

在模拟中，除非您使用(yòng)有(yǒu)源组件，否则通常不需要直接检查反馈回路中发生的情况。此处的关键是检查通过反馈回路的電(diàn)压/電(diàn)流是否不超过组件规格。電(diàn)流检测放大器（在开关稳压器中）或误差放大器（在LDO中）之类的组件将具有(yǒu)绝对最大额定值，无法超过。您应该将这些额定值与反馈环路中的仿真電(diàn)压/電(diàn)流进行比较，并在设计中应用(yòng)适当的安全裕度。

进行这些比较就像使用(yòng)直流扫描一样简单，并检查输入電(diàn)压何时在稳压器電(diàn)路的组件上施加了不可(kě)接受的负载。如果没有(yǒu)达到您要使用(yòng)的最大DC電(diàn)压的绝对最大值，则您选择的组件在运行期间可(kě)能(néng)很(hěn)安全。

对于将要使用(yòng)交流電(diàn)源运行的更复杂的功率传输和调节系统，可(kě)能(néng)需要功率因数校正（PFC）電(diàn)路，尤其是在使用(yòng)开关调节器时。该附加電(diàn)路放置在整流器之后，以平滑来自输入的升压交流電(diàn)。如果流入开关调节器级的電(diàn)流具有(yǒu)不可(kě)接受的高总谐波失真（THD），则根据IEC 61000-3标准，您需要在输入上使用(yòng)PFC電(diàn)路。