使用线性稳压器作为滤波器

作者：Frederik Dostal，电源管理专家

摘要

在对电源电压进行滤波时，有几种不同的电路可供选择。本文将阐释使用LC滤波器和线性稳压器进行滤波之间的主要区别。

引言

线性稳压器能够将较高的电压转换为较低的电压，并将产生的电压精确调节至一个可调整的值。借助这种方式，可以轻松地为各种各样的应用生成电源电压。然而，由于效率相对较低，线性稳压器在许多应用中已被开关模式电源(SMPS)取代。图1展示了一个用于电压转换的简易线性稳压器电路。

图1.一个简易线性稳压器将较高电压转换为较低电压。

近年来，线性稳压器拓宽了应用范围，尤其是在电源线滤波方面。图2展示了一种采用LC滤波器的无源滤波方案，由一个电容器和一个线圈构成。这种滤波器因直流(DC)损耗低而备受青睐，而这主要归功于线圈L的串联电阻(DCR)。图2展示的正是这样一个LC滤波器。

图2.一种采用LC滤波器的滤波电路，用于降低SMPS的电压纹波。

这种滤波器的效果取决于其传递函数，具体表现为波特图中双极点的位置。自转折频率起，增益以每十倍频程40 dB的速率下降，而转折频率由电感L和电容C的值共同确定。这种滤波器作为低通滤波器，能够让直流电压顺利通过，同时抑制高频干扰，比如电源线上的电压纹波。

与有源电路不同，此滤波器不需要有源元件，而是依靠线圈和电容器来工作。线圈所需的额定电流与电感各有不同，其成本可能会相当高昂。

图3.用于滤波的线性稳压器。

图3展示了一种充当滤波器的线性稳压器，其作用是最大限度降低SMPS的电压纹波。此滤波器的性能优劣取决于电源电压抑制比(PSRR)，PSRR通常通过与频率相关的图表形式来呈现。对于线性稳压器而言，在典型的1 MHz开关稳压器频率下，良好的PSRR值意味着可实现高达80 dB的衰减效果。

图中所示的LT3042是一款线性稳压器，非常适合用作滤波级，因为即便处于高频环境下，它依然能够提供较高的PSRR，同时自身产生的干扰微乎其微。在需要使用滤波器来净化电源电压的应用中，上述特性显得尤为关键。

实现滤波的方式多种多样，而使用线性稳压器进行滤波的一个显著优势在于，它能够精确调节输出电压。LC滤波器缺乏独立的电压调节环路，这就导致其产生的电压会受到原始电压源（如SMPS）特性的影响。根据流过LC滤波器（如图2所示）的直流电流大小，线圈的DCR会在不同程度上影响输出电压。虽然这种情况对于负载电流恒定的应用来说或许尚可接受，但在负载电流变化的应用中，这可能引发一系列问题。

结论

对于特定的应用，使用仿真工具来评估不同滤波方案的优缺点将带来极大助益。LTspice®是一款免费且高效的仿真工具，能够为评估工作提供助力。