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電路板或格式電子系統中有各式各樣的電源電路，隔離型、非隔離型，AC-DC、DC-DC，升壓、降壓等。他們都是為負載供電，負載多種多樣，對應電源也多種多樣。 電源系統概述 這里講述的電源是指一種電能轉換裝置。我們常見電源家族如圖1.1所示，不同顏色連接線代表不同形式的電能，它們之間存在電能之間的轉換，而實現這種電能轉換的裝置就是電源。 圖1 常見小功率電源家族一覽圖 從圖1.1中可以看出，電池和市電一般不能直接給電子系統供電，使用時需要先將電能轉換到Power 1線路中，以提供給其它模塊使用。其中電池可以通過升壓或者降壓的DC-DC電源來實現電能轉換，市電則可通過AC-DC電源進行電能轉換。在對電源要求不高的場合，如充電器、LED驅動和電機驅動等應用中，Power 1可以直接提供電能 在過去，AC-DC電源經常使用一個工頻變壓器降壓，然后通過整流濾波電路的線性電源獲得Power 1，這樣的電源體積大，而且效率不高，隨著開關電源技術的發展和推廣，這種線性電源逐漸被開關電源代替，并得到廣泛應用。許多公司陸續推出高性能的AC-DC電源芯片，如安森美(ON)推出的NCP1075，不僅效率高、靜態功耗小，而且外圍器件非常少、電路簡單，如圖2所示，即便是菜鳥，也能很快上手，大大減少了電源開發難度和縮短了開發周期，非常有利于開關電源的推廣。 圖2 NCP1075應用電路圖 高效率準諧振(QR)和高功率因數單級PFC反激電源也得到了快速發展，可能很快成為AC-DC電源主流，代表IC如安森美(ON)推出的NCP1380和NCP1247。 在運算放大器、傳感器、MCU和基準源等應用中，它們對電源的紋波噪聲和電壓精度要求比較高，那么Power 1還需要經過線性電源轉換到Power 4線路中，才能給其系統供電。傳統的線性電源一般采用NPN機構作為功率管，或者用達林頓結構功率管，如圖3所示，LM7805和LM317等，都是這種結構。這類電源的特點是要求輸入電壓比輸出電壓高1.5V以上，如果輸入輸出壓差比較小，這種穩壓方式就不能滿足要求了。 圖3 使用NPN作為功率管 為了解決低壓差問題，以PNP作為功率管的新品種——LDO應運而生。因為使用PNP作為功率管，如圖4所示，所以輸入輸出的壓差可以很低，如美國的MPS公司的MP20049，輸入輸出壓差可以小到50mV，非常適用于低壓差的場合。 圖4 使用PNP做功率管 線性電源已經得到廣泛應用。然而，隨著電子技術的發展，電子產品對電源功率要求越來越大，那么線性電源就有些力不從心了。原因在于線性電源效率一般在60%以下，比較低，如果耗散功率大，還需要加散熱片，致使它遠遠不能滿足電子產品高集成化和高能效要求。就在這個時候，高性能的DC-DC開關電源便逐漸受到廣大工程師的青睞。 早期的DC-DC開關電源因其存在固有的開關噪聲給許多工程師留下了不好的影響，正因如此，在選擇電源的時候，很多人會首先考慮線性電源。然而，現代電子技術發展突飛猛進，DC-DC開關電源在性能上也取得了驚人的發展。尤其是美國的MPS公司，通過改進生產工藝和技術創新，推出各種應用場合的高品質電源IC，已經廣泛用到智能手機、筆記本電腦、汽車和工業控制等行業。MPS最近推出的MP2161GJ電源方案，如圖5所示，不僅電路簡單，而且性能優越，紋波噪聲可以小到20mV以下，頻率可以到1.5MHz，輸出電流到達2A，體積非常小，可以完美取代線性電源，成為高集成電源的理想方案。這正是將Power 1電能轉換成Power 3電能的裝置——高性能DC-DC開關電源。 圖5 MP2161GJ應用電路 除了上述電源以外，在一些分布式供電系統和工控電源系統應用中，如圖1.1右側部分，它們需要消除共模干擾、浪涌沖擊和實現安全隔離，電源隔離是必要的，所以就形成了Power 1電能換成Power 2電能的DC-DC隔離電源產業。然而隔離電源的設計難度大，制作工藝要求高，很難通過自行設計并做出理想的產品，因此，隔離電源模塊化成為必然發展方向。一些公司如廣州致遠電子股份有限公司將隔離電源設計成模塊,如圖6所示，它們只有輸入和輸出端子，不需要加任何外圍器件就可以直接使用，有效提高了嵌入式系統的開發效率。 圖6 隔離電源模塊 電源產品日新月異，只有充分了解各種電源，才能在電源應用中選擇最合適的方案。 |
