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从零**放—10 电源演进过程(一)

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nenglee|  楼主 | 2017-5-4 11:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
从零**放10 电源演进过程
        这一节我们讲下电源。因为在PCB设计中运放的实际使用,电源是非常关键的。电源设计的好坏对性能影响很大,尤其是开关的电源,很多人不懂开关电源情况下,PCB设计中会犯很大错误的,导致开关电源性能达不到想要的效果,反而导致了很多问题。所以用不好开关电源的情况下,宁可用线性电源。电源的PCB设计一定要遵循上一讲的PCB设计。
1、线性电源

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        上边电路是简单的比较常用的线性电源图。线性电源是起源比较早的,比如电视机等家用电器上会有这样的电路,还有一些电瓶的充电器。当时还没有开关电源,所以往往是220伏经过变压器降压之后,再整流滤波之后通过调整管,上图中的3DD15C(这是国产一个型号NPN的功率管,一般都是金属外壳),Ds7.5V是个参考电压源(稳压电源),R4是可调节的,Ds上方的参考电压是7.5伏加上 R4基极三极管PN节压降0.7伏,那么R4可调节电阻处就在8伏附近的电压,那么经过R3R4R5比例分压我们可以得到输出处的电压值。
        我们来看下是否满足负反馈条件,当输出电压升高,R4电压高,Ds电压不变(7.5伏),三极管基极电压高,三极管导通,三极管集电极电压降低,左侧下边三极管基极电压降低,这个三极管上边三极管是射极跟随电路,3DD15射极电压降低,于是实现了负反馈。
        那这个电路,跟鼎鼎大名的LM7805是同一套电路,这个电源电路的射极跟随电路就是一个负反馈,可以理解为一个负反馈的运放。只不过加了个基准电压源而已(Ds7.5V),其中的控制系统必须用一个大功率的NPN的管子(3DD15)。
        上边说的是这个线性电源的基本原理,前边是一个滤波电容,后边是一个滤波电容就可以了。
2、线性电源LM7805 2.1LM7805内部电路简析
        那么这类线性电源的芯片呢,就是下边的LM78系列的芯片了。

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        LM7805最低输出电压是5伏,也有9伏、12伏、15伏、18伏、24伏,上图左侧是LM7805的内部结构图,因为不同厂家的78系列它的内部结构是有点差异的

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        上图所标是调整管部分。跟前边线性电路中射极跟随电路是等价的。

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        上图所标位置是限流保护,电流太大通过这个电阻做保护。

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        参考经过分压再反馈回去

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        上图是过压保护,输入电压太高,这里会起保护作用

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        上图是温度保护
2.2LM7808的基本参数
        *输出电压:567891012151824
        *输入电压:35VLM7824支持40V输入)
        *输出电流:1ATO220
        *散热封装:TO-3TO-220TO-262TO-223D-PAK

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        第一个封装器件,是金属壳分装的,这个已经很老了,并且也很贵。我们最常用的是TO-220封装的
2.3LM7805的关键指标
        作为电源来说它是会发热的,所以封装非常关键,我们很多芯片可能不考虑封装,因为它发热量不大,但是对于电源芯片来说封装是非常关键的。
        *最高工作温度:125度,一般电源芯片都在125度最高工作温度
        *封装温升(TO-220):65/W(空气),不同封装决定了它的温升,这个是TO-220这个封装,芯片自身产生1W的时候,它的温升是65度,这是很厉害的,这是指它独立的时候。如果有散热器的话1W对应的温升就没这么高了。
        *输入输出最小压差:2.5V,这是个很重要的指标,最小不低于2.5V,也就是说30伏的输出最多能输出29伏,根据上边的原理图,两个三极管子分掉电压就是1伏,电压是从温度保护电路过来,所以又有一个压降,所以输出又有个减低,性能达到一个可观的情况必须扣掉2.5伏,30伏输入最高也就输出27.5伏。比如我们想要得到一个12伏的电源,那么我们的输入必须是14.5伏最低这么大的输入(LM7812)。
        *输出电压范围(LM7805):4.85.2VLM7805输出是5伏,那么它的输出是有电压范围的,并不是100%输出5伏的。它有个精度范围的。这个精度范围受制于它输出的负载,还有输入的电压,都有一定的影响。
        *其它指标参考PDF文档
2.4LM78系列的局限性
        *NPN达林顿管三极管,高压差:2.5V
        *高静态电流:5.0mA,就是芯片不工作也需要消耗5mA的电流
        *低电压低功耗设备兴起:手机、平板(不适用这些场合)
        *低电压低功耗芯片的普及:ARMFPGA3.3V2.8V1.8V1.2V(不适用这些场合)
        由于历史背景很早,变压器时代的,比如变压器降压等流时代用的或者应用于电视机的。
        由于上边局限性,线性电源继续进化。
3、线性电源AMS1117系列
        随着单片机之类芯片兴起,数字电路兴起这些微功耗的场合,还有一些低电压的场合,那就需要出现一些3.3V系列的,比如1.82.52.8这些供电电压要求的,于是出来了AMS1117系列的电源。AMS1117系列要求工作在低电压上,那么输出电压就比较低,输出电压比较低的话要节能,压差就不能太大,比如输出3.3伏,那么压差如果是2.5伏的话像LM7805一样,那3.32.5等于5.8伏了,但是一般我们3.3伏的供电一般都是5伏供电(输入),所以说这个时候用LM7805着个芯片就不适用了。于是设计人员经过改进。我们LM78系列使用2NPN的三级管,那么把第一级的NPN换成了PNP,组成了一个PNP类型的达林顿管。如下节的AMS1117内部电路图。
3.1AMS1117内部电路简析

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        PNP类型的压降就小了很多,比如一级的基极压差是低,那么三极管导通(导通压降0.3伏),二级压降0.50.7伏的话,压差只需要1伏就够了,所以这里改进最大的优点就是降低了输入输出之间的最低压差。那么一级用PNP又引入了一个缺点,PNP的三极管耐压不高,也就是我的输入只能是10几伏,不能达到30伏了。往往应用于低电压场合,低电压场合追求的是效率,所说追求的是低压差,这种改进是非常有意义的。于是AMS1117大量的兴起,在ARM3.3伏的应用中AMS1117用量是最大的。
3.2AMS1117基本参数
        *输出电压:1.5V18V2.5V2.8V3.3V5.0V
        *输入电压:15V
        *输出电流:800mASOT223),这里边强调一下,这里并不是说它在800mA下工作,它只具备800mA的电流,能不能在800mA下工作取决于他的发热量。假如输入电压是15伏,输出电压假如是5伏,那么1117的压降就是10伏,这种情况下假如能够承受的发热量是1W,那么这个时候他通过的电流只能是100mA了,功率的电压*电流。实际上对于1117来说SOT-223发热量也就在1W附近。
        *散热封装:TO223TO252SO8

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jh873361781| | 2017-5-4 12:04 | 显示全部楼层
您好,发表的这些,如果能做成一个PPT,或者word文档,那就完美了。

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xukun977| | 2017-5-4 16:54 | 显示全部楼层
这里有俺喜欢IC电路原理图!7800保护部分,都讲错了!

一,短路限流保护,单单标个检流电阻有什么用?往左的那个管子是执行机构,必须有!

二,过压或安全面积保护,漏标了个电阻!

三,热关断保护标错了!红框右下角有个电阻分压,分压就是给后面保护管子提供个弱偏置的!

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电子0| | 2017-5-6 14:35 | 显示全部楼层
PNP类型的压降就小了很多,比如一级的基极压差是低,那么三极管导通(导通压降0.3伏),二级压降0.5—0.7伏的话,压差只需要1伏就够了


npn型达林顿的输出饱和压降不也是1V左右吗?0.3+0.7 ,怎么会有2.5V那么高?@戈卫东

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戈卫东| | 2017-5-6 15:23 | 显示全部楼层
电子0 发表于 2017-5-6 14:35
npn型达林顿的输出饱和压降不也是1V左右吗?0.3+0.7 ,怎么会有2.5V那么高?@戈卫东 ...

他说的压差可能是7805需要的压差,不一定是说NPN达林顿的。
再说,NPN达林顿的饱和电压也不一定是1V。
不同人对“饱和”的定义可能还会不同。

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戈卫东| | 2017-5-6 15:27 | 显示全部楼层
电子0 发表于 2017-5-6 14:35
npn型达林顿的输出饱和压降不也是1V左右吗?0.3+0.7 ,怎么会有2.5V那么高?@戈卫东 ...

而且楼主讲的也不一定全对。
比如他的第一个例子,用了9013,就不合适。

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