电源设计难吗？毫无疑问，难！前一段时间，摩尔吧的电源大师课中，Lorry也曾给大家举过这个例子，在做一个系统设计的时候出现了失误，检测不过关，问题出现在哪里呢？电源是关键！别看它在系统设计的过程中只占据很小的一部分，但，就是这样的一部分成为了一个转折点。

今晚是电赛电源专项的第3讲，主要讲解线性电源常用器件和电路设计，直播中回设计到很多电路图的分析讲解，想要了解更多关于电路设计的思路，今晚是一个不错的选择！

4/17 20:00直播，别忘了扫码加入直播间哦~

01	线性电源的的基本原理

电源的基础知识

电源如人体的心脏，是所有电子设备的动力。一般电力(如市电)都要经过转换才能提供给用电设备使用，如交流转换为直流(AC-DC)，高压转换为低压等等，根据转换的主要方式可分为线性电源和开关电源。这次主要讲一下线性电源的一些基础知识。

什么是线性电源？

(1)串联稳压与并联稳压

串联稳压(常用)：

调整器件与负载串联，电源电流与负载相等，静态损耗小，电压差决定效率。

并联稳压(不常用)：

调压器件与负载并联，要按照最大负载电流考虑限流环节，静态损耗大！但优点是负载瞬态特性不反应到电源输入端。

(2)串联稳压的原理

基于负反馈调节

根据负反馈原理(虚短路)，电阻R2的电压等于Uref基准源电压。同时，R2的电压又等于R1、R2对Uo的分压比。

所以可得：Uref=Uo*R2/(R1+R2)

即：Uo=Uref*(1+R1/R2)

【1】基准源Uref：提供稳定不变的电压

【2】采样电阻：对输出电压采样分压

【3】误差放大：根据采样值与实际值的差异，给出调节信号

【4】调整管调整：根据调节信号调节输出电压

(3)线性电源的实际应用

老式小功率电器电源

外表

内部

【1】工频变压器(50/60Hz)：将220V交流电网电压通过变压器降至合适的交流低压

【2】整流桥：对交流低压进行全波整流

【3】输入滤波：对全波整流后的电压进行预滤波

【4】三端稳压器：根据型号不同，可产生固定输出电压，与可调节输出电压

【5】输出滤波：对输出电压进行滤波，进一步减小纹波

音频功放用电源

在一些音频电路功放中(主要是甲类、甲乙类)，为了减少电源带来的噪声干扰，最终输出最纯正的音质，其电源常采用线性电源。

实验、仪器、测试用线性稳压电源

在对于一些对噪声敏感的场合中，比如在一些实验或者使用一些高精度仪器的过程中，会使用线性电源而不是开关电源，这些场合不会去追求效率，而主要是避免噪声带来的实验与测量误差。

(4)线性电源与开关电源的区别

线性电源：

线性直流稳压电源是通过工频(频率为50Hz的交流电)变压器将电压变至所需要的值，再经过整流、滤波、稳压等电路，输出为稳定直流电。

这类电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管的损耗根据压差决定，通常损耗会很大，所以会需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在工频(50Hz/60Hz),所以重量较大。

开关电源：

开关型直流稳压电源是让交流电直接经过整流电路，经电容滤波后变为高压直流电，高压直流电经过开关后，加到开关变压器上。控制开关的“闭合”和“断开”的速度，就可在通过开关变压器形成不同频率的交流电，开关速度越快，频率就越高。这样在开关变压器的次级相应地感应出高频电压，最后经过整流、滤波、稳压等电路得到稳定的直流电。

开关电源工作频率在几十KHz到几MHz。功率管不是工作在饱和就是截止区即开关状态；开关电源因此而得名。

(5)线性电源的优缺点(对比开关电源)

线性电源的主要优点：

1.电路简单可靠

2.电气噪声低

3.对电网污染小等

线性电源主要缺点：

1. 灵活度差

2.笨重、体积大

3.效率较低

开关电源的主要优点：

1.体积小、重量轻

2.效率高

3.应用灵活

开关电源的主要缺点：

1.电路复杂

2.电磁干扰大

02	线性电源常用元器件介绍

三端可调稳压器LM317的应用

可调稳压源

Uf=R1*If

Uo=(R2+R1)*If

Uo=(R2+R1)*Uf/R1

Uo=Uref(1+R2/R1)=1.25*(1+R2/R1)

Uf=R1*If

IL=If

IL=Uref/R1=1.25/R1

低压差线性稳压源(LDO)

LDO原理

(1)调整管由运放下拉驱动，输出电压不会受到运放输出摆幅限制

(2)压差仅受调整管的饱和压降/导通电阻限制

LDO器件——TL1963A介绍

TL1963A是低压差(LDO)稳压器，针对快速瞬态响应进行了优化。该器件可提供1.5 A的输出电流，压差为340 mV。工作静态电流为1 mA，关断时降至1μA以下。除快速瞬态响应外，TL1963A稳压器还具有极低的输出噪声，因此非常适合敏感的RF电源应用。 输出电压范围为1.21 V至20 V。TL1963A的输出电容低至10μF。可以使用小型陶瓷电容器，而无需像其他调节器那样添加ESR。内部保护电路包括反向输入保护，限流，热限制和反向电流保护。此器件可提供1.5 V，1.8 V，2.5 V，3.3 V的固定输出电压，以及具有1.21 V基准电压的可调器件。

03

线性电源的主要指标

1)输入电压调整率(电源调整率)RegLine：

稳压电源克服输入电压变化的能力，在其他参数不变的情况下，输入电压发生变化，引起输出稳态电压的变化。

2)负载调整率RegLoad：

稳压电源克服负载变化的能力

3)温度系数TC：

稳压电源克服环境温度变化的能力

4)静态电流IQ ：稳压电路自身的损耗电流。

5) 最大输出电流Io(max)：

室温散热良好条件下，稳压器最大连续输出电流能力(过流保护)

6)压差UDrop(Dropout Voltage)：

保证稳压器正常工作，输入电压与输出电压差Ui-Uo的最小值当稳压电源的输入电压Ui

7)效率η： 

输出功率Po与输入功率PE的比值

04

电路设计与注意事项

电容的选择

(1)高频滤波电容与低频滤波电容的搭配使用

大电容与小电容的频率特性不同，大电容容量大，但高频特性差，对于一些高频噪声无法有效的抑制，所以需要并联小电容改善电源的高频特性。

但是注意电容的非理想参数，在某些频率下，已经大于大电容的自谐振点，其将会成感性，但小电容还成容性，两者可能会构成并联谐振回路，当两个电容差别3个数量级以上时，要特别小心。

(2)整流后的平滑滤波电容的经验计算

关注Dropout Voltage

电压与输出电流和温度的关系

TL1963A的Dropout Voltage

LM1117的Dropout Voltage

LM78XX的Dropout Voltage

保护电路与散热处理

(1)三端稳压器的反压保护

(2)三端稳压器的热损耗及散热处理

电路与PCB 设计

(1)PCB走线宽度与电流的关系

(2)独立电压采样走线

采样电路在最末端，直接从负载输出端取电压，采样线上不走大电流，避免各种采样误差(可调线性电源和开关电源通用)

(3)电容的位置与最小回流路径(通用)

多个电容并联时，小容量的电容应更靠近芯片电源引脚

今晚的直播过程中，涵盖的内容可以说是很多很多了，你们期待的国一学长吴必成真真是吧看家的本领都交给你们了，可别光说不练呐！

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