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线性稳压输出电源之实现篇 [复制链接]

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线性稳压输出的电源,很多烧友称为线电,这种线电HIFI 用途最广,无论前面采用开关再生电源还是变压器整流出来的,要进入达到HIFI使用,必须经过线性稳压输出。


线性稳压输出,简单理解就是通过纯热消耗来把超过输出电压的那部分功率浪费掉,所以它并几乎没有电磁辐射,同时能够大幅度降低原电源的噪声。


当然,好的线性稳压输出与坏的线性稳压输出区别很大,同样电压电流的情况下,一个是满载输出噪声 (RMS noise), 一个是带宽(也可以称为调整速度或响应速度),其实这两个指标本身是有关联系的,一般RMS noise 很低的线性稳压,带宽肯定不低,否则不可能如此低噪声。同时要说明一下,超过2A大电流,高输出电压(>15V)的线性稳压,如果又要低噪声,又要高带宽,成本其实很高。比如,一个输入>15V, 3A的 40uvRMS  高性能稳压集成芯片,实际现在在50~80元左右,加上周边电路,外壳,满足正常生产成本与销售成本,在不要求赢利的情况下,我认为12V 3A的情况下,价格不会低于1300元,所以正常赢利的情况下,将会在2000元左右。而采用普通噪声(mv或400uv级别),高压差的线性稳压,则只需要5元即可,而且周边电路也有差别。线性稳压电源就是这样,便宜的可以很便宜,贵的可以贵到难以置信,如果到nv级,哪怕只有800ma, 高电压,可能单芯片就过百。


线性稳压输出,特别是低噪声的线性稳压输出,一般只用于低噪声的应用,如医疗仪器,HIFI电子类产品。


现在主要的线性稳压输出的电源,实现通常两类,一类采用变压器,再AC-DC整流(桥式整流),然后再用大电容储能后进行稳压,这种方式,需要精确计算稳压后的电流与电压,从而需要推算出前段的电容以及整流的使用细节,所以相对来说比较复杂,一般的DIY线电这一块非常不严谨。整流桥的压差,以及储能的容量,一定程度上决定了一定电流电压下后面线性稳压的效果,通常DIY基本没有复杂测试与计算,从而导致线性稳压并不是稳定工作在最佳稳压区间,高负载下从而导致噪声与波纹其实很大,高达几十mv或几百mv。HI-END级采用变压器线性电源输出线电,不仅仅需要让线性稳压在高负载下工作在最佳稳压区间,同时在选择稳压方案时,在满足电流的同时,也非常注意全频噪声(10hz~100khz),从而为HIFI产品创造一个优秀的电源环境。这里面需要提到的是,要做到超低噪声+大电流,成本其实非常高,而要做好的关键是让线性稳压工作在最好的稳压区间,同时需要做到全频低噪声,而线性变压器以及整流桥更多是提供一个较低辐射的电源环境,但是让线性稳压器工作在最佳区间,处理起来并不简单,因为整流的压差,整流后其实是一个100hz的半波,并不是直流,需要电容储能计算,所以大电流下稳压效果要好,处理起来比较复杂而且成本比较高。因此现在HIFI厂家产品用这个方案,一般是小电流(<3a), 成本相对比较可控,而功放类,则基本都不进行线性稳压。


D1 标准版 ATX 稳压板部分细节(单路>5A)


另一种线性稳压输出,其实在很多hifi/hi-end产品中用途广泛,比如linn极点(6~9V稳压到需要的电压),hilo(12V 开关电源到+-16.5V,再线性稳压到+-15V)以及一些专业顶级解码器中广泛使用。 就是采用开关再生电源后,经过全屏蔽,去噪,低内阻等一系列滤波,低噪声方案后,再进入参考级线性稳压,从而达到参考级的全频低噪声,这种做法,成本比一般的线电是要高不少,因为必须采用参考级线性稳压的成本更高。开关电源的稳定性更高(变压器整流后其实是一个100hz正半波电源,并不是传统意义上的稳定直流,需要用电容充电),不需要像线电一样,不需要太多关注线性稳压的工作区间问题,所以整体上成本适中,效果不错。享声其实也有大量的应用,比如MR2 的LPF与耳放电路,先用开关电源升到+-12V, 再用参考级的线性稳压降到+-10v, 从而达到桌面级参考的效果,还有P1的5V线性稳压输出,也是类似的方案。


Linn 参考网播开关电源+线性稳压输出方案


当然说得容量,做得好需要很多的经验,我这里强调最关键的几点:


1) 开关电源的PCB设计很关键,如果在同一块PCB上,需要尽可能的分离开来,主要是空间噪声辐射。如果不在同一块PCB,建议如linn极点一样,用金属独立的空间屏蔽开关电源。

2)电路上的噪声,需要对其滤波,差模,共模,去掉其高频噪声,变成低频。

3)因为加了噪声滤波后,内阻变大,需要降低电源内阻的解决方案。

4)必须选用参考级的线性稳压方案,超低全频噪声是必需的。


综上所述,我个人认为,小电流的低噪声高端线性稳压输出电源,可以上变压器供电方案或者发烧级开关电源供电方案,发烧开关电源全屏蔽+全滤波+降内阻+参考线性输出的,输出效果可以一个水平,但是发烧开关电源的成本其实更高,优点就是对市电要求低,电压适应性广。而大电流的线性稳压输出(>5A),如果要做成超低噪声,高带宽,成本比 (发烧开关电源全屏蔽+全滤波+降内阻+参考线性输出的)成本反而高,如果投入不够高,不够严谨效果可能不如发烧开关电源+线性稳压输出。


FYI


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研发负责人 享声Horizon:参考级线性稳压是可以把电源噪声在10hz-100khz降至uv级别,这就是线性稳压电源的超低噪声秘密,本文讲一些实现。





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