小议串联线性稳压电源和开关型稳压电源

野铜人 · 发表于 2012-12-20 23:22:34

小议串联线性稳压电源和开关型稳压电源

————基于飞思卡尔智能车的电源模块

By 野铜人

电源模块的稳压方式分为串联线性稳压电源和开关型稳压电源。

首先了解一下不同电源的特点，电源分为开关电源和线性电源，线性电源的电压反馈电路是工作在线性状态，开关电源是指用于电压调整的管子工作在饱和和截至区即开关状态的。线性电源一般是将输出电压取样然后与参考电压送入比较电压放大器，此电压放大器的输出作为电压调整管的输入，用以控制调整管使其结电压随输入的变化而变化，从而调整其输出电压，但开关电源是通过改变调整管的开和关的时间即占空比来改变输出电压的。　　

从其主要特点上看：线性电源技术很成熟，制作成本较低，可以达到很高的稳定度，波纹也很小，而且没有开关电源具有的干扰与噪音，开关电源效率高、损耗小、可以降压也可以升压，但是交流纹波稍大些。

在飞思卡尔小车硬件系统中要用到稳压的电路有单片机模块，舵机模块，各种外设所需要特定电压的稳压，至于直流电机可以直接7.2伏电源电压供电，不需要考虑电路稳压的问题。

串联线性稳压电源（常用芯片LM2940.7805）,这种稳压方式具有纹波小，电路结构简单的优点，但是缺点也很明显，效率低下，功耗大。但是像单片机系统的供电，对电压稳定性的要求非常高，微小的电压波动都有可能导致单片机的复位，并且单片机的功率要求并不大，LM2940的稳压线性度非常好，能大大提高系统的稳定性和抗干扰性。所以常用它作为单片机的稳压供电，当然摄像头等传感器需要稳定的电压，一般也选择串联线性稳压。

但是有个问题，就是LM2940（LM2941）和LM7805（LM371）同样能提供稳定的五伏电压输出，为什么我们通常选择前者？这主要是考虑“最低输入输出压降参数”，像LM7805需要的三伏左右的压降，但我们车模提供的电池电压仅为7.2V,充满电的情况下也仅为8V左右，随着电池的使用电压会逐渐下降，当不满足上述参数，即稳定电压须5V，供应电压最少为8伏，这是不太现实的。因此我们选择能满足我们选择电路需求的稳压芯片时，需要考虑输入输出压降参数，线性稳定性，功率等体积价格特定需求。由于LM2940单片机的最低压差为0.5V，线性稳定性好，价格适宜，因此我们选择了这款芯片为单片机供电。以下提供一款良好的方案芯片选择TPS7350。

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开关型稳压电源：开关型稳压电源功耗小，效率高，缺点是电路比较复杂，电路纹波（噪声）比较大，使用这种稳压方式一般对于线性要求不是非常高，允许一定的小范围波动。

例如舵机工作，当舵机工作时瞬间电流较大，可以选择这种方式的开关稳压电源芯片。但在在系统整体的角度，选用开关电源产生的噪声有可能影响检测设备的正常工作，出于对系统稳定性的角度，更倾向于选择线性稳压电源。根据以往的各届参赛经验常用有LM2576--ADJ、LM2941、LM7806和LM1117作为稳压供电（稳压范围5~6V，不全是开关电源芯片），但舵机工作必须考虑最大工作电压，舵机的响应速度和电压的供给大小成正比，在接近最大工作电压情况下工作响应速度最快，但也有烧掉的风险。至于LM2941是可调稳压范围的芯片：

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-28422.png

调节电路中R1&R2的比例即可调节输出电压。

由此可以看出在电池供应电源，小车总电容容量有限制（2000uF）并在闭环控制电机工作的情况下，电压压降要求低各方面性能良好的TPS7350是首选。上面提到开关型电压的缺点是纹波大，但这一点可以通过电解电容来滤波，但纹波的要求和电容大小的选择之间的关系是个问题，电容越大滤波效果当然越明显，但成本和电容体积限制等因素也是必要考虑因素。根据相关资料：直流电压纹波的大小与滤波电路的电解电容的关系是电容越大纹波越小，小功率电路一般应满足：R*C>=2T。------R是负载电阻的阻值，C是滤波电容的容值，T是被滤波交流信号的周期。但是一般情况下，T难以测量并精确找到，因此这并无法准确确定所需电容的大小，但间接地，我们或许通过寻找纹波成分中的最低信号频率（对应着最大的T），那样我们就可以计算到最适合的C（此时的C是最小电解电容选择值），但这仅是个人认为的理论计算方式，暂时未经实践。

补充内容 (2012-12-21 12:42):
后面将会上传相关资料