穩(wěn)壓電源(stabilized voltage supply)是能為負(fù)載供給安穩(wěn)的交流電或直流電的電子設(shè)備，包括交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源兩大類。當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載呈現(xiàn)瞬間不堅(jiān)定時(shí)，穩(wěn)壓電源會(huì)以10-30ms的響應(yīng)速度對(duì)電壓幅值進(jìn)行補(bǔ)償，使其安穩(wěn)在±2%以內(nèi)。
知道了什么是穩(wěn)壓電源，接下來(lái)了解一下什么是線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)電源，線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)電源有什么差異呢？
線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源比照剖析
根據(jù)調(diào)整管的作業(yè)情況，我們常把穩(wěn)壓電源分紅兩類：線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管作業(yè)在線性情況下的穩(wěn)壓電源。而在開(kāi)關(guān)電源中則不相同，開(kāi)關(guān)管(在開(kāi)關(guān)電源中，我們一般把調(diào)整管叫做開(kāi)關(guān)管)是作業(yè)在開(kāi)、關(guān)兩種情況下的：開(kāi)、電阻很小；關(guān)、電阻很大。
開(kāi)關(guān)電源是一種比較新式的電源。它具有功率高，重量輕，可升、降壓，輸出功率大等利益。但是由于電路作業(yè)在開(kāi)關(guān)情況，所以噪聲比較大。通過(guò)下圖，我們來(lái)簡(jiǎn)略的說(shuō)說(shuō)降壓型開(kāi)關(guān)電源的作業(yè)原理。如圖所示，電路由開(kāi)關(guān)K(實(shí)踐電路中為三極管或許場(chǎng)效應(yīng)管)，續(xù)流二極管D，儲(chǔ)能電感L，濾波電容C等構(gòu)成。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源通過(guò)開(kāi)關(guān)K、電感L給負(fù)載供電，并將部分電能儲(chǔ)存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在開(kāi)關(guān)接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻到達(dá)電源電壓值。必定時(shí)刻后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于電感L的自感作用(可以比較形象的以為電感中的電流有慣性作用)，將堅(jiān)持電路中的電流不變，即從左往右繼續(xù)流。這電流流過(guò)負(fù)載，從地線回來(lái)，流到續(xù)流二極管D的正極，通過(guò)二極管D，回來(lái)電感L的左端，從而形成了一個(gè)回路。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閉合跟斷開(kāi)的時(shí)刻(即PWM——脈沖寬度調(diào)制)，就可以控制輸出電壓。假定通過(guò)檢測(cè)輸出電壓來(lái)控制開(kāi)、關(guān)的時(shí)刻，以堅(jiān)持輸出電壓不變，這就結(jié)束了穩(wěn)壓的意圖。在開(kāi)關(guān)閉合期間，電感存儲(chǔ)能量；在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，電感開(kāi)釋能量，所以電感L叫做儲(chǔ)能電感。二極管D在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，擔(dān)任給電感L供給電流通路，所以二極管D叫做續(xù)流二極管。
在實(shí)踐的開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)K由三極管或場(chǎng)效應(yīng)管替代。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電流很小；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電壓很小，所以發(fā)熱功率U&TImes；I就會(huì)很小。這就是開(kāi)關(guān)電源功率高的原因。
看過(guò)完兩個(gè)關(guān)于電源的FAQ后，我們可能對(duì)電源的功率核算還不了解。在后面的FAQ中，我們將專門給我們介紹。
常見(jiàn)的用于開(kāi)關(guān)電源的芯片有：TL494，LM2575，LM2673，34063，51414等等。
根據(jù)調(diào)整管的作業(yè)情況，我們常把穩(wěn)壓電源分紅兩類：線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。此外，還有一種運(yùn)用穩(wěn)壓管的小電源。
這兒說(shuō)的線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管作業(yè)在線性情況下的直流穩(wěn)壓電源。調(diào)整管作業(yè)在線性情況下，可這么來(lái)了解：RW(見(jiàn)下面的剖析)是接連可變的，亦就是線性的。而在開(kāi)關(guān)電源中則不相同，開(kāi)關(guān)管(在開(kāi)關(guān)電源中，我們一般把調(diào)整管叫做開(kāi)關(guān)管)是作業(yè)在開(kāi)、關(guān)兩種情況下的：開(kāi)——電阻很小；關(guān)——電阻很大。作業(yè)在開(kāi)關(guān)情況下的管子顯著不是線性情況。
線性穩(wěn)壓電源是比較早運(yùn)用的一類直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特色是：輸出電壓比輸入電壓低；反響速度快，輸出紋波較小；作業(yè)產(chǎn)生的噪聲低；功率較低(現(xiàn)在經(jīng)常看的LDO就是為了處理功率問(wèn)題而呈現(xiàn)的)；發(fā)熱量大(尤其是大功率電源)，間接地給系統(tǒng)添加熱噪聲。作業(yè)原理：我們先用下圖來(lái)說(shuō)明線性穩(wěn)壓電源調(diào)度電壓的原理。如下圖所示，可變電阻RW跟負(fù)載電阻RL組成一個(gè)分壓電路，輸出電壓為：Uo=Ui&TImes；RL/(RW+RL)，因而通過(guò)調(diào)度RW的大小，即可改變輸出電壓的大小。請(qǐng)留心，在這個(gè)式子里，假定我們只看可調(diào)電阻RW的值變化，Uo的輸出并不是線性的，但假定把RW和RL一同看，則是線性的。還要留心，我們這個(gè)圖并沒(méi)有將RW的引出端畫成連到左邊，而畫在右邊。盡管這從公式上看并沒(méi)有什么差異，但畫在右邊，卻正好反映了“采樣”和“反響”的概念----實(shí)踐中的電源，絕大部分都是作業(yè)在采樣和反響的形式下的，運(yùn)用前饋方法很少，或就是用了，也僅僅輔佐方法罷了。
讓我們繼續(xù)：假定我們用一個(gè)三極管或許場(chǎng)效應(yīng)管，來(lái)替代圖中的可變阻器，并通過(guò)檢測(cè)輸出電壓的大小，來(lái)控制這個(gè)“變阻器”阻值的大小，使輸出電壓堅(jiān)持安穩(wěn)，這樣我們就結(jié)束了穩(wěn)壓的意圖。這個(gè)三極管或許場(chǎng)效應(yīng)管是用來(lái)調(diào)整電壓輸出大小的，所以叫做調(diào)整管。
像圖1所示的那樣，由于調(diào)整管串聯(lián)在電源跟負(fù)載之間，所以叫做串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。相應(yīng)的，還有并聯(lián)型穩(wěn)壓電源，就是將調(diào)整管跟負(fù)載并聯(lián)來(lái)調(diào)度輸出電壓，典型的基準(zhǔn)穩(wěn)壓器TL431就是一種并聯(lián)型穩(wěn)壓器。所謂并聯(lián)的意思，就是象圖2中的穩(wěn)壓管那樣，通過(guò)分流來(lái)保證衰減放大管射極電壓的“安穩(wěn)”，或許這個(gè)圖并不能讓你一會(huì)兒看出它是“并聯(lián)”的，但細(xì)心一看，確實(shí)如此。不過(guò)，我們?cè)诖诉€要留心一下：此處的穩(wěn)壓管，是利用它的非線性區(qū)作業(yè)的，因而，假定以為它是一個(gè)電源，它也是一個(gè)非線性電源。為了便于我們了解，回頭我們找一個(gè)理適合的圖來(lái)看，直到可以簡(jiǎn)明地看懂間斷。
由于調(diào)整管相當(dāng)于一個(gè)電阻，電流流過(guò)電阻時(shí)會(huì)發(fā)熱，所以作業(yè)在線性情況下的調(diào)整管，一般會(huì)產(chǎn)生很多的熱，導(dǎo)致功率不高。這是線性穩(wěn)壓電源的一個(gè)最主要的一個(gè)缺陷。想要更具體的了解線性穩(wěn)壓電源，請(qǐng)參看仿照電子線路教科書(shū)。這兒我們主要是幫忙我們理清這些概念以及它們之間的聯(lián)系。
圖1
一般來(lái)說(shuō)，線性穩(wěn)壓電源由調(diào)整管、參看電壓、取樣電路、過(guò)錯(cuò)擴(kuò)展電路等幾個(gè)基本部分組成。其他還或許包括一些例如維護(hù)電路，建議電路等部分。下圖是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓電源原理圖(示意圖，省掉了濾波電容等元件)，取樣電阻通過(guò)取樣輸出電壓，并與參看電壓比較，比較效果由過(guò)錯(cuò)擴(kuò)展電路擴(kuò)展后，控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度，使輸出電壓保持安穩(wěn)。
圖2
常用的線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源芯片有：78XX系列(正電壓型)，79XX系列(負(fù)電壓型)(實(shí)際產(chǎn)品中，XX用數(shù)字標(biāo)明，XX是多少，輸出電壓就是多少。例如7805，輸出電壓為5V)；LM317(可調(diào)正電壓型)，LM337(可調(diào)負(fù)電壓型)；1117(低壓差型，有多種類型，用尾數(shù)標(biāo)明電壓值。如1117-3.3為3.3V，1117-ADJ為可調(diào)型)。
1、DC-DC包括boost(升壓)、buck(降壓)、Boost/buck(升/降壓)和反相結(jié)構(gòu)，具有高功率、高輸出電流、低靜態(tài)電流等特色，跟著集成度的提高，許多新式DC-DC轉(zhuǎn)化器的外圍電路僅需電感和濾波電容；但該類電源控制器的輸出紋波和開(kāi)關(guān)噪聲較大、本錢相對(duì)較高。
2、LDO：低壓差線性穩(wěn)壓器的超卓利益是具有最低的成本，最低的噪聲和最低的靜態(tài)電流。它的外圍器材也很少，一般只要一兩個(gè)旁路電容。新式LDO可抵達(dá)以下指標(biāo)：30μV輸出噪聲、60dBPSRR、6μA靜態(tài)電流及100mV的壓差。LDO線性穩(wěn)壓器可以結(jié)束這些特性的主要原因在于內(nèi)部調(diào)整管選用了P溝道場(chǎng)效應(yīng)管，而不是一般線性穩(wěn)壓器中的PNP晶體管。
P溝道的場(chǎng)效應(yīng)管不需要基極電流驅(qū)動(dòng)，所以大大降低了器材本身的電源電流；另一方面，在選用PNP管的結(jié)構(gòu)中，為了防止PNP晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)降低輸出才能，有必要保證較大的輸入輸出壓差；而P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的壓差大致等于輸出電流與其導(dǎo)通電阻的乘積，極小的導(dǎo)通電阻使其壓差十分低。當(dāng)系統(tǒng)中輸入電壓和輸出電壓挨近時(shí)，LDO是最好的挑選，可抵達(dá)很高的功率。所以在將鋰離子電池電壓轉(zhuǎn)化為3V電壓的應(yīng)用中大多選用LDO，盡管電池終究放電能量的百分之十沒(méi)有運(yùn)用，但是LDO依然可以在低噪聲結(jié)構(gòu)中供給較長(zhǎng)的電池壽數(shù)。
線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)電源的差異
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源是通過(guò)把直流變成高頻脈沖，然后再進(jìn)行電磁轉(zhuǎn)化結(jié)束電壓轉(zhuǎn)化和穩(wěn)壓。線性穩(wěn)壓電源是直接串聯(lián)一個(gè)可控的調(diào)整元件對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行分壓，結(jié)束電壓轉(zhuǎn)化和穩(wěn)壓，本質(zhì)上相當(dāng)于串聯(lián)一個(gè)可變電阻。
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源功率高，而且可升壓也可降壓。線性穩(wěn)壓電源只能降壓，而且功率低。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源會(huì)產(chǎn)生高頻干擾，線性穩(wěn)壓電源則無(wú)干擾。各有優(yōu)缺陷。
