电子设备中的直流电压转换:概述和设计注意事项
由于电池或交流适配器输出的差异以及电机、LED 显示器和处理器等各种组件的需求,许多电子产品依赖直流电压转换。 尽管对电压转换的需求如此广泛,但许多爱好者认为该主题是“黑魔法”,包括 LM7805 等古董线性 IC 以及先进的 32 位微处理器。 本文从基本的电阻分压器电路开始,探讨直流电压转换的基础知识、其原理以及流行设计中的关键要素。
1. 简单的电阻分压电路:
- 通过串联两个电阻,形成分压器,可以根据电阻值(和输入电压)调节输出电压。 然而,当处理较大的负载电流时,该方法的准确性会下降。
- 负载变化引起输出电压波动; 因此,为重载负载提供稳定电压需要不切实际的低电阻,从而导致废电流和发热问题增加。
2. 线性稳压器:
- 线性稳压器由简单的基于晶体管的电压跟随器组成,可最大限度地减少电压波动并确保稳定的输出电压。 然而,这些电路由于持续的能耗而存在效率低和功率损耗等局限性。 它们主要适用于涉及小电流或轻微电压降的情况。
3. 开关模式电源 (SMPS):
- SMPS 设计通过创建基于自由移动的电存储元件(通常是电容器)的虚拟电压倍增器来工作。 使用四个场效应晶体管,充电周期重复切换以产生多个输出电压,实现 85% 以上的高效率水平。 由于开关频率较快,这些系统很容易受到无线电干扰 (RFI),尽管现代多层陶瓷 (MLCC) 电容器有助于减少这种影响。
4. 电荷泵稳压器:
- 升压电荷泵稳压器利用特制的四个场效应晶体管序列在不同节点之间移动自由流动的电容器,从而倍增输入电压。 根据应用要求不同,