电源管理基础知识汇总

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线性调节器与开关模式调节器的比较总结
参数 效率 输出噪声和纹波 设计复杂度 PCB面积 EMI 成本 线性调节器 低，<80% 低噪声 无开关纹波 简单 小，3个器件 极小 低至中等 开关模式调节器 高，80%至95%以上 噪声高于LDO 开关频率以上时有纹波 更复杂 中，5个以上器件 中等（取决于开关频率和PCB布 局布线） 中等至高

调节器正常工作的额定电压范围 工厂设置的输出电压及该输出能够提供的最大电流 工厂设置的输出电压的精度，规定为25C时的mV数或输出的百分比。 漂移是指直流输出电压在 工作温度范围内的变化 压差是LDO的专用术语，指的是在额定负载电流下，LDO正常工作所需的最小Vin-Vout压差。 调节器本身产生的噪声，规定为宽带或峰峰值噪声。 调节器抑制输入端较大电压变化，并在输出端产生较小变化的能力。 对于直流输入变化，通常用 dB表示。
ADP123 LDO PSRR, >60dB @ 100kHz
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如何最小化纹波和噪声？
针对最为敏感的模拟和混合信号电路，使用高性能LDO后置调节
器可以显著降低开关电源的纹波和噪声
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直流电源分布
系统常常需要多个电源，分别为模拟部分、数字I/O、CPU、FPGA、
显示器等供电 由于负载电流快速变化（如在FPGA和CPU中），并且需要提供良好 的负载瞬态响应，因此将DC/DC转换器放在负载附近，而不是从远端 电源布设线缆连接到负载 本地DC/DC调节的需求推动了分布式电源架构(DPA)的广泛应用
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什么是线性电压调节器？
线性电压调节器是指任何通过消耗方式使电压下降，从而实现调节 目的的器件
包括齐纳二极管（或普通二极管）和分流基准电压源 通常是一个闭环系统，其中晶体管在其线性区域工作 只能降压，不能升压 非隔离式输出 效率与Vout/Vin成正比（忽略偏置电流损耗）

开关调节器的输出噪声，10mV/Div
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为什么需要“干净”、稳定的电源（续）
哪些电压调节器参数可能影响系统性能？
调节器输出的电压漂移、噪声和纹波是电源引起的信号失真和测量误差的主要 原因
漂移、噪声和纹波如何进入信号链？

输出电压(Vout)和输出电流

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
输出电压精度和漂移


压差


输出噪声


电源抑制比（PSRR）


静态电流和关断电流

静态电流是指无负载电流时调节器消耗的电流。 关断电流是指调节器禁用或关断时消耗的电流。
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为什么需要“干净”、稳定的电源
电源设计成功之道

选择适当类型的电压调节器，将输入电压转换为所需的输出电压，如降压调节器、升 压调节器、SEPIC等。 确保输出符合或超过负载电流要求 确定应用是否需要特殊调节器，如低噪声LDO以便为高性能14位ADC供电 当开关调节器既需要提供高输出电流，又需要具有低电压噪声时，考虑使用LDO后置 调节器来净化开关噪声，但整体效率会略有下降
2.8V
High Performance Analog
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为什么选择线性电压调节器而不是开关调节器？
易于使用、三引脚器件
器件数量少 很少或无需补偿
较低的输出噪声
较低的输入和输出纹波 没有高电流跳变、高电压跳变或可以辐射噪声(EMI)的节点
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净化电池供电应用中升压调节器的输出
优于40dB的纹波抑制性能
100mV/ DIV 20mV/ DIV
1.5V to 0.9V Single Cell Boost Regulator 3.3V
ADP162 Low IQ LDO
它们是从电源直接传导耦合到受影响电路，如运算放大器、基准电压源、ADC 等。然而，IC的电源抑制比(PSRR)能够减小信号。

如何量化PSRR？
PSRR指电源电压的直流变化与由此产生的负载IC的增益、失调或其它误差的 变化之比值。 对于ADC，PSRR可以用最低有效位(LSB)的分数、百分比或dB (PSR = 20 × log10 (PSRR))来表示
具有出色高频PSRR的LDO
800mA ADP1752-53和1.2A
ADP1754-55均为低压LDO，具有高 PSRR (65dB)和低噪声特性，适合后置开关转换器应用。 输入电 压范围：1.6V至3.6V
ADP1752输出噪声 11
ADP1752 PSRR, Vout = 0.75V
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升压调节器，Vin < Vout

反激式调节器，Vin < Vout或Vin > Vout，可 以提供多路输出
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低噪声开关调节器
ADP2114和ADP2116是低EMI型双通道降压调节器，可以为运算放大器 、ADC等敏感的信号链器件供电


交流电源或某些DC/DC转换器提供从输入到输出的隔离，以便确保安全、降低 噪声并提供瞬态保护 常用的DC/DC转换有两类： 1. 线性电压调节器 2. 开关调节器
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调节器主要性能指标及其意义

输入电压(Vin)范围
高频运算放大器PSRR
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直流漂移、噪声和纹波如何进入信号链？

用开关调节器取代线性调节器（针对较高频率）时，必须计算高频电源纹波和 噪声的影响。 下图显示了普通LDO与高性能LDO的PSRR性能差异。
普通LDO PSRR, <30dB @ 100kHz

降压调节器和低噪声LDO后置调节器
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电源设计成功之道

（续）
对于开关调节器，遵从制造商关于PCB布局布线的建议，确保获得最佳效果。 ADI公 司开关调节器的产品数据手册中说明了PCB布局布线。 计算高功耗器件的温度升幅，确认所有器件的Trise + Tamb在安全工作范围内。 使用高质量无源元件（L、C和R）以实现最高效率和输出精度。 高质量意味着元件在 整个温度和电压范围内保持高精度和稳定。 高质量无源元件可确保获得最佳结果。
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电源管理基础知识
电源管理基础知识
议题
什么是电源管理？ 电源转换产品的类型 为什么需要“干净”、稳定的电源 什么是线性电压调节器？ 为什么使用线性调节器而不是开关调节器？ 开关调节器的常见类型 直流电源分布 电源设计成功之道
即将举行的其他“基础”系列研讨会
器
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电源转换产品


几乎所有电子设备都是采用低压直流电源供电。 电源要么是电池，要么是电池 与DC/DC转换器的组合，或者是将交流电源转换为适合电子器件的低压直流电 源。 电子器件要求：

经过精密调节的直流电源 低输出噪声和纹波 对负载变化能够做出快速瞬态响应
部分场合下，LDO可以达到类似的效率
轻负载效率通常优于开关转换器 高Vout/Vin比（接近压差）意味着高效率
提供专用型 较低的成本
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常见开关调节器

降压调节器，Vin > Vout

降压-升压调节器（反相），Vout与Vin极性相 反
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什么是电源管理？
（续）
电源和系统管理包括哪些功能？
电源转换产品：低压差调节器、开关调节器、开关控制器
电源开关或负载开关
电源电压监控 电源电压时序控制和跟踪 电池切换器件 热插拔控制器 电源监控器产品：复位控制器、看门狗定时器、多电压监控
适合便携式应用的微功耗LDO
ADP160是一款微功耗LDO，针对电池供电和便携式应用进行了
优化。 静态电流典型值为560nA（0µA负载），100µA负载下仅 3µA。 PSRR典型值为60dB @ 100Hz，抑制比达1000:1
ADP160 LDO地电流 12
ADP160 LDO PSRR Vout = 3.3V
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