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都是DC惹的祸细说DCDC转换器的抗干扰性

发布时间:2020-06-30 19:34:43 阅读: 来源:不锈钢反应釜厂家

DC-DC转换器

本文引用地址:这里会详细讨论DC-DC转换器的抗干扰性这一主题,先简单聊聊DC-DC转换器,自从电子学诞生以来,就流传着一句老话…“所有问题都是DC问题。”

当然,DC指“直流”,即电路中穿过导体由A点至B点的单向电流。我们知道,这里所说的“问题”意思很简单,就是…问题。那么,为什么所有问题都是DC问题呢?

我们知道,电流和电子简单来说是完整电路系统中,各种导体和器件中的电流产生的能量。因此,归根结底是一种能量转换。能量是做功的能力,以两种形式存在:1)势能和2)动能。势能是一种非活动状态的蓄能 (如电池端子间的电压)。动能是势能转变为活动状态时产生的能量 (如电流穿过灯泡)。电子学简单来说是通过控制各种导体中的电流,将势能 (电压) 转变为动能 (电流) 的科学! 欧姆‘DC定律’必须始终满足能量转换才能产生作用!因此,电路输入与输出之间的每一部分,无论是否具备AC功能,必须出色设计电路的DC结构,才能有效支持无论何种形式的能量转换。换句话说,如果电路DC设计不良,不可能实现AC性能。

这种情况给设计师造成极大压力,需要在电源与接地之间“模拟设计”的基础上,掌握多学科领域高水平专业技术。相对于各种输入信号,要想在各种电压条件下以低噪声转换直流 (DC),首先需要选择正确的DC-DC转换器。DC-DC转换器有各种尺寸和类型:转换器包括线性、开关模式和磁电等不同类型。而且,升压 (步升) 和降压 (步降) 功能采用类型各异的能量转换电路。正确了解这些电路类型,可以避免使用时性能下降。后面,我们可以分析行业领导者推出的器件,如国家半导体公司最近推出的Simple Switcher电源模块。

“所有问题都是DC问题…”,在考虑DC-DC转换器时了解这一点,可以为良好的电路设计奠定基础。

线性调节器

线性调节器是所有DC-DC转换器最基础的器件。线性调节器是一种稳压器,相对于在“非线性”开关模式区域工作的开关调节器(我们将在后面讨论这种器件),线性调节器在“线性区域”工作。线性调节器必须满足为负载提供额定电源 (低噪声达到可接受水平),同时降低输出阻抗的要求,以使电压增益不受负载阻抗值的影响。线性调节器起可变电阻的作用,调节分压网络,以保持恒定的输出电压,同时提供各种负载电流。

图1

图1所示为线性调节器原理图。图中所示为“串联”线性调节器电路,因为调节器件 (晶体管Q) 与负载R2串联。电路调节齐纳二极管DZ输出电压 (因为晶体管基极电流是齐纳管至R1偏置电流的很小一部分)。晶体管发射极输出电压低于齐纳管电压一个二极管压降,并有足够的电流增益驱动高输出值Iout (经R2)。尽管电路具有良好的输出电压调节能力 (只要Q在线性区域工作),但仍会感应负载、电源变量(Vs)、噪声和电源纹波。其中有些问题可以采用负反馈电路感应电路输出来解决,其他时候,这个电路往往用作电压基准,支持更加先进的线性调节器设计。设计或选择线性调节器时,还必须慎重考虑电噪声、电源Vs至Vout产生的纹波,以及调节器输出中可能耦合的共模电压。

例如,选择线性调节器时,必须认真确定电路功率要求和稳压器输出特性。以国家半导体公司LM340/LM78XX系列三端正压调节器为例,这类线性调节器是业界具有基础设计要素的标准器件。一般情况下,部分器件规定了固定输入电压条件下的固定输出电压 (一般Vs-Vout>2V),以及最大固定输出负载电流Iout。负载调节在给定输出电流范围内 (?Iout) 定义输出电压 (?Vout) 的变化。由于输出电压接近Vs输入电压,串联输出电压调节晶体管 (Q1) 近饱和状态和电压/电流增益衰降,会导致负载调节特性恶化。这种情况也适用于线路调节。线路调节是在给定输入电压 (?Vs) 范围内改变输出电压 (?Vout)。同样,?Vo线路调节一般以mV级定义低电平?Vs,随着输入电压的变化,mV级可以放大十倍(与输出电压相比),达到输出电压调节晶体管接近击穿点时,其增益会随之下降。线路调节还可以实现纹波抑制 (?Vin/?Vout比),且应大于60 dB,以避免AC波纹通过输入电源线路接入线性调节器DC输入电压。纹波抑制对于需要保证精确增益和dc精度的模拟系统至关重要。对进入线性调节器的电源纹波,还可以通过增加必要的电源去耦电容,进一步滤除线性调节器输入和输出中不希望出现的纹波来加以改善 (后面我们将深入讨论电源去耦问题)。

去耦示意图 (Vout通过与两个电容串联的L接地)

图2

正确去耦以降低噪声的一些重要设计理念如图2所示。将一个大容量电解电容C1 (一般为10 μF – 100 μF) 放在线性调节器输出端附近 (2英寸以内)。这个电容用作电荷库,可即刻为负载提供电流,而不必通过调节器/电感提供电

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