Понижающие импульсные преобразователи с высоким КПД преобразуют напряжение нестабилизированного источника питания в регулируемое выходное напряжение. Однако коммутационные шумы и броски входного напряжения проявляются в виде нежелательных пульсаций на выходе. Зашумленное питание радиочастотного усилителя мощности может вносить в вещательный спектр паразитные внеполосные сигналы или модулированный шум. Разработчики аналоговых и радиочастотных систем предпочитают традиционные конструкции малошумящих источников питания, состоящих из трансформатора, выпрямителя, фильтра, и следующего за ними линейного регулятора напряжения. Низкие выходные шумы LDO регуляторов и высокий коэффициент подавления пульсаций питания (PSRR) обеспечивают чистое напряжение, не создающее помех на выходе усилителя мощности.
К сожалению, выходное напряжение источника питания, построенного по схеме трансформатор-выпрямитель, зависит от входного напряжения. При увеличении разности между входным и выходным напряжениями КПД LDO регулятора падает, и увеличивается рассеиваемая им мощность. Чтобы сохранять режим стабилизации при низких напряжениях переменного тока, даже LDO регулятор требует некоторого запаса входного напряжения относительно выходного.
Чтобы преодолеть недостатки, присущие обеим схемам, можно использовать импульсный источник питания для обеспечения высокого КПД и LDO регулятор для снижения уровней выходных шумов и пульсаций импульсного источника. Установив выходное напряжение импульсного источника чуть превышающим падение напряжения на LDO регуляторе, можно снизить рассеиваемую регулятором мощность, обеспечить запас напряжения, необходимый для хорошего подавления помех, и сохранить высокий КПД. Коэффициенты подавления пульсаций питания стабилизаторов складываются, в результате чего общий PSRR каскадной схемы превышает PSRR как регулятора, так и импульсного преобразователя.
На Рисунке 1 изображена каскадная схема, состоящая из импульсного источника питания и следующего за ним линейного регулятора. Диапазон выходных напряжений схемы составляет 1.5 … 5 В при токе нагрузки до 400 мА. Хотя каскадная схема питается от источника фиксированного напряжения 6 В, ее конструкция допускает работу с любым входным напряжением, которое хотя бы на 0.5 В превосходит требуемое выходное напряжение каскадной пары.
 |
||
| Рисунок 1. | LDO регулятор и импульсный источник питания, соединенные каскадно, снижают пульсации выходного напряжения и поддерживают высокий общий КПД системы. (Обратите внимание: «XX» в обозначении типа микросхемы IC1 означает выходное напряжение регулятора). |
|
Регулировка опорного напряжения VSET от 0 до 1.105 В линейно изменяет выходное напряжение схемы. Резисторы R1 и R2 и опорное напряжение VSET определяют выходное напряжение LDO регулятора и, следовательно, выходное напряжение каскадной пары. Резисторы RT, RB, R3 и R4 делят напряжение VSET таким образом, чтобы поддерживать выходное напряжение VPS импульсного преобразователя на уровне, постоянно превосходящем выходное напряжение регулятора на 0.2 В. В результате при полном выходном токе и любом выходном напряжении рассеиваемая на LDO регуляторе мощность равна 80 мВт.
 |
||
| Рисунок 2. | Общий КПД каскадного стабилизатора увеличивается по мере роста выходного напряжения. |
|
При максимальном выходном токе 400 мА КПД каскадной схемы достигает максимального значения 89% при 6 В на входе и 4.69 В на выходе (Рисунок 2). С уменьшением выходного напряжения общий КПД схемы падает. На Рисунке 3 сравниваются частотные зависимости PSRR для отдельных стабилизаторов и их комбинации. Видно, что коэффициент подавления пульсаций питания у комбинированной схемы на частоте 500 Гц на 46 дБ лучше, чем у одиночного LDO регулятора.
 |
||
| Рисунок 3. | При каскадном соединении импульсного преобразователя (желтая кривая) и LDO регулятора (красная кривая) существенно улучшается коэффициент подавления пульсаций питания (синяя кривая). |
|
В диапазоне частот от 100 Гц до 100 кГц LDO регулятор улучшает коэффициент подавления пульсаций питания не менее чем на 25 дБ (Рисунок 3). Критичность топологии печатной платы и сложность точного измерения слабых сигналов создают серьезные метрологические проблемы, поэтому представленные графики PSRR могут не иметь аддитивного характера. Как бы то ни было, низкие пульсации выходного напряжения и высокий КПД каскадной схемы говорят о целесообразности ее целенаправленного изучения.
Купить TPS62300 на РадиоЛоцман.Цены
