01	線性電源的的基本原理

電源的基礎知識

電源如人體的心臟，是所有電子設備的動力。一般電力（如市電）都要經過轉換才能提供給用電設備使用，如交流轉換為直流（AC-DC），高壓轉換為低壓等等，根據轉換的主要方式可分為線性電源和開關電源。這次主要講一下線性電源的一些基礎知識。

什么是線性電源？

（1）串聯穩壓與并聯穩壓

串聯穩壓（常用）：

調整器件與負載串聯，電源電流與負載相等，靜態損耗小，電壓差決定效率。

并聯穩壓（不常用）：

調壓器件與負載并聯，要按照最大負載電流考慮限流環節，靜態損耗大！但優點是負載瞬態特性不反應到電源輸入端。

（2）串聯穩壓的原理

基于負反饋調節

根據負反饋原理（虛短路），電阻R2的電壓等于Uref基準源電壓。同時，R2的電壓又等于R1、R2對Uo的分壓比。

所以可得：Uref=Uo*R2/（R1+R2）

即：Uo=Uref*（1+R1/R2）

【1】基準源Uref：提供穩定不變的電壓

【2】采樣電阻：對輸出電壓采樣分壓

【3】誤差放大：根據采樣值與實際值的差異，給出調節信號

【4】調整管調整：根據調節信號調節輸出電壓

（3）線性電源的實際應用

老式小功率電器電源

外表

內部

【1】工頻變壓器（50/60Hz）：將220V交流電網電壓通過變壓器降至合適的交流低壓

【2】整流橋：對交流低壓進行全波整流

【3】輸入濾波：對全波整流后的電壓進行預濾波

【4】三端穩壓器：根據型號不同，可產生固定輸出電壓，與可調節輸出電壓

【5】輸出濾波：對輸出電壓進行濾波，進一步減小紋波

音頻功放用電源

在一些音頻電路功放中（主要是甲類、甲乙類），為了減少電源帶來的噪聲干擾，最終輸出最純正的音質，其電源常采用線性電源。

實驗、儀器、測試用線性穩壓電源

在對于一些對噪聲敏感的場合中，比如在一些實驗或者使用一些高精度儀器的過程中，會使用線性電源而不是開關電源，這些場合不會去追求效率，而主要是避免噪聲帶來的實驗與測量誤差。

（4）線性電源與開關電源的區別

線性電源：

線性直流穩壓電源是通過工頻（頻率為50Hz的交流電）變壓器將電壓變至所需要的值，再經過整流、濾波、穩壓等電路，輸出為穩定直流電。

這類電源有一個共同的特點就是它的功率器件調整管工作在線性區，靠調整管之間的電壓降來穩定輸出。由于調整管的損耗根據壓差決定，通常損耗會很大，所以會需要安裝一個很大的散熱器給它散熱。而且由于變壓器工作在工頻（50Hz/60Hz),所以重量較大。

開關電源：

開關型直流穩壓電源是讓交流電直接經過整流電路，經電容濾波后變為高壓直流電，高壓直流電經過開關后，加到開關變壓器上。控制開關的“閉合”和“斷開”的速度，就可在通過開關變壓器形成不同頻率的交流電，開關速度越快，頻率就越高。這樣在開關變壓器的次級相應地感應出高頻電壓，最后經過整流、濾波、穩壓等電路得到穩定的直流電。

開關電源工作頻率在幾十KHz到幾MHz。功率管不是工作在飽和就是截止區即開關狀態；開關電源因此而得名。

（5）線性電源的優缺點（對比開關電源）

線性電源的主要優點：

1.電路簡單可靠

2.電氣噪聲低

3.對電網污染小等

線性電源主要缺點：

1. 靈活度差

2.笨重、體積大

3.效率較低

開關電源的主要優點：

1.體積小、重量輕

2.效率高

3.應用靈活

開關電源的主要缺點：

1.電路復雜

2.電磁干擾大

02	線性電源常用元器件介紹

三端可調穩壓器LM317的應用

可調穩壓源

Uf=R1*If

Uo=(R2+R1)*If

Uo=(R2+R1)*Uf/R1

Uo=Uref（1+R2/R1）=1.25*（1+R2/R1）

Uf=R1*If

IL=If

IL=Uref/R1=1.25/R1

低壓差線性穩壓源（LDO）

LDO原理

（1）調整管由運放下拉驅動，輸出電壓不會受到運放輸出擺幅限制

（2）壓差僅受調整管的飽和壓降/導通電阻限制

LDO器件——TL1963A介紹

TL1963A是低壓差（LDO）穩壓器，針對快速瞬態響應進行了優化。該器件可提供1.5 A的輸出電流，壓差為340 mV。工作靜態電流為1 mA，關斷時降至1μA以下。除快速瞬態響應外，TL1963A穩壓器還具有極低的輸出噪聲，因此非常適合敏感的RF電源應用。輸出電壓范圍為1.21 V至20 V。TL1963A的輸出電容低至10μF。可以使用小型陶瓷電容器，而無需像其他調節器那樣添加ESR。內部保護電路包括反向輸入保護，限流，熱限制和反向電流保護。此器件可提供1.5 V，1.8 V，2.5 V，3.3 V的固定輸出電壓，以及具有1.21 V基準電壓的可調器件。

03

線性電源的主要指標

1）輸入電壓調整率（電源調整率）RegLine：

穩壓電源克服輸入電壓變化的能力，在其他參數不變的情況下，輸入電壓發生變化，引起輸出穩態電壓的變化。

2）負載調整率RegLoad：

穩壓電源克服負載變化的能力

3）溫度系數TC：

穩壓電源克服環境溫度變化的能力

4）靜態電流IQ ：穩壓電路自身的損耗電流。

5）最大輸出電流Io(max)：

室溫散熱良好條件下，穩壓器最大連續輸出電流能力（過流保護）

6）壓差UDrop（Dropout Voltage）：

保證穩壓器正常工作，輸入電壓與輸出電壓差Ui-Uo的最小值當穩壓電源的輸入電壓Ui

7）效率η：

輸出功率Po與輸入功率PE的比值

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電路設計與注意事項

電容的選擇

（1）高頻濾波電容與低頻濾波電容的搭配使用

大電容與小電容的頻率特性不同，大電容容量大，但高頻特性差，對于一些高頻噪聲無法有效的抑制，所以需要并聯小電容改善電源的高頻特性。

但是注意電容的非理想參數，在某些頻率下，已經大于大電容的自諧振點，其將會成感性，但小電容還成容性，兩者可能會構成并聯諧振回路，當兩個電容差別3個數量級以上時，要特別小心。

（2）整流后的平滑濾波電容的經驗計算

關注Dropout Voltage

電壓與輸出電流和溫度的關系

TL1963A的Dropout Voltage

LM1117的Dropout Voltage

LM78XX的Dropout Voltage

保護電路與散熱處理

（1）三端穩壓器的反壓保護

（2）三端穩壓器的熱損耗及散熱處理

電路與PCB 設計

（1）PCB走線寬度與電流的關系

（2）獨立電壓采樣走線

采樣電路在最末端，直接從負載輸出端取電壓，采樣線上不走大電流，避免各種采樣誤差（可調線性電源和開關電源通用）

（3）電容的位置與最小回流路徑（通用）

多個電容并聯時，小容量的電容應更靠近芯片電源引腳

這個視頻中，涵蓋的內容可以說是很多很多了，你們期待的國一學長吳必成真真是吧看家的本領都交給你們了，可別光說不練吶！