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主要特点内部结构常见的三端线性稳压:AMS1117
主要特点
线性稳压最为突出的优点主要有成本低,噪声低,体积小。由于线性稳压结构简单,生产相对容易,因此其生产成本可以很低,同时其需要的外围器件也很少,一般只需要在输入端和输出端各有一个滤波电容即可,既降低了电路设计和生产成本,也大幅减小了其占用的体积,市场上现在有很多1.3mm×2.9mm左右大小的三端稳压器。相较之下,如果使用开关电源设计电源,则可能其使用的电感体积已经超过三端线性稳压体积。同时,从其命名就可以看出,“线性”稳压器输出是线性的,这就能使其输出噪声极低,一般可以达到微伏级别,而类似的如果使用开关电源,由于半导体管不断开关,一般会引入毫伏级别、与工作频率同频率的纹波。 内部结构
由于作者使用的仿真软件multisim没有自带的可调电源模型,因此上图左侧用简单的电阻分压和VCVS构造输出可调的直流电源。 上图右侧为一个目标输出3.3V的线性稳压器。输入电压经过由运放U1控制的稳压调整三极管Q1后输出,R1和R2为对输出采样的反馈电阻,R3和稳压管D1构成了输出基准电压的电路。假设运放同相端输入的基准电压为1V,根据运放“虚短”和“虚断”的特性可知此时反相端也为1V,该电压应与输出电压经过分压后的电压相等,从而得到等式R1/(R1+R2)×Vout=VRef,即 Vout=VRef×(R1+R2)/R1 (1) 代入对应电阻阻值可计算出此时输出电压为3.4V。从这里也能看出线性稳压“线性”的含义,即输出电压与输入电压线性相关。
实际应用中输入电压的变化会改变稳压管的工作电流,由于实际稳压管不可能是斜率趋向于无穷的理想器件(即不论工作电流大小,输出电压都不变),其将会导致基准电压有细微的变化,从而影响输出,但一般影响很小可以忽略不计。如果要设计高精度电源,从式(1)可以看出降低输入电压与输出电压的比值可以消减该影响。 前文说到线性稳压的输出能力相对较弱,很大程度上是因为受到三极管可承受的最大电流限制。由于三极管自身特性,一般内阻较大,如果输入输出电压比过大,则电源效率会很低,元件发热严重,一般可近似估算线性稳压效率 η%=Vout/Vin (2) 且三极管有固定压降,线性稳压的datasheet中一般会给出一个参数说明输入输出压降VDropout(也可以理解为输入至少要比输出高VDropout,否则无法达到额定输出)。 现在许多线性稳压都使用MOS管代替三极管,因为MOS内阻更小(作者使用过的MOS内阻最小能达到20毫欧左右),功耗更低(三极管是电流控制的电流源,控制端基极有电流有功耗;MOS是电压控制的电流源,控制端栅极功耗近似为零),且无压降(理想条件下,实际上因为内阻,当电流较大时还是能检测到压降的)。 常见的三端线性稳压:AMS1117AMS1117应该是作者看到的应用最广泛的线性稳压芯片了,前文提到过他的一些历史遗留问题(详见 电源学习总结(一)——概览),市场上详见的AMS1117有5.0V、3.3V、1.8V、1.5V、1.2V等固定电压版本(1.8V、1.5V、1.2V等看上去比较奇怪的电压是因为工艺进步,现在各种元器件为了降低功耗输入电压越来越低了,当然也有部分是用作提供基准电压)和ADJ输出可调版本。
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