【導(dǎo)讀】線性穩(wěn)壓器能夠?qū)⑤^高的電壓轉(zhuǎn)換為較低的電壓，并將產(chǎn)生的電壓精確調(diào)節(jié)至一個可調(diào)整的值。借助這種方式，可以輕松地為各種各樣的應(yīng)用生成電源電壓。然而，由于效率相對較低，線性穩(wěn)壓器在許多應(yīng)用中已被開關(guān)模式電源(SMPS)取代。圖1展示了一個用于電壓轉(zhuǎn)換的簡易線性穩(wěn)壓器電路。
圖1.一個簡易線性穩(wěn)壓器將較高電壓轉(zhuǎn)換為較低電壓。
近年來，線性穩(wěn)壓器拓寬了應(yīng)用范圍，尤其是在電源線濾波方面。圖2展示了一種采用LC濾波器的無源濾波方案，由一個電容器和一個線圈構(gòu)成。這種濾波器因直流(DC)損耗低而備受青睞，而這主要歸功于線圈L的串聯(lián)電阻(DCR)。圖2展示的正是這樣一個LC濾波器。
圖2.一種采用LC濾波器的濾波電路，用于降低SMPS的電壓紋波。
這種濾波器的效果取決于其傳遞函數(shù)，具體表現(xiàn)為波特圖中雙極點的位置。自轉(zhuǎn)折頻率起，增益以每十倍頻程40 dB的速率下降，而轉(zhuǎn)折頻率由電感L和電容C的值共同確定。這種濾波器作為低通濾波器，能夠讓直流電壓順利通過，同時抑制高頻干擾，比如電源線上的電壓紋波。
與有源電路不同，此濾波器不需要有源元件，而是依靠線圈和電容器來工作。線圈所需的額定電流與電感各有不同，其成本可能會相當(dāng)高昂。
圖3.用于濾波的線性穩(wěn)壓器。
圖3展示了一種充當(dāng)濾波器的線性穩(wěn)壓器，其作用是最大限度降低SMPS的電壓紋波。此濾波器的性能優(yōu)劣取決于電源電壓抑制比(PSRR)，PSRR通常通過與頻率相關(guān)的圖表形式來呈現(xiàn)。對于線性穩(wěn)壓器而言，在典型的1 MHz開關(guān)穩(wěn)壓器頻率下，良好的PSRR值意味著可實現(xiàn)高達(dá)80 dB的衰減效果。
圖中所示的LT3042是一款線性穩(wěn)壓器，非常適合用作濾波級，因為即便處于高頻環(huán)境下，它依然能夠提供較高的PSRR，同時自身產(chǎn)生的干擾微乎其微。在需要使用濾波器來凈化電源電壓的應(yīng)用中，上述特性顯得尤為關(guān)鍵。
實現(xiàn)濾波的方式多種多樣，而使用線性穩(wěn)壓器進行濾波的一個顯著優(yōu)勢在于，它能夠精確調(diào)節(jié)輸出電壓。LC濾波器缺乏獨立的電壓調(diào)節(jié)環(huán)路，這就導(dǎo)致其產(chǎn)生的電壓會受到原始電壓源（如SMPS）特性的影響。根據(jù)流過LC濾波器（如圖2所示）的直流電流大小，線圈的DCR會在不同程度上影響輸出電壓。雖然這種情況對于負(fù)載電流恒定的應(yīng)用來說或許尚可接受，但在負(fù)載電流變化的應(yīng)用中，這可能引發(fā)一系列問題。
結(jié)論
對于特定的應(yīng)用，使用仿真工具來評估不同濾波方案的優(yōu)缺點將帶來極大助益。LTspice?是一款免費且高效的仿真工具，能夠為評估工作提供助力。
作者簡介
Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場應(yīng)用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，進而積累了不少經(jīng)驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)開關(guān)電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計和應(yīng)用知識，目前擔(dān)任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。
