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線性穩壓器常識

“根據調整管的工作狀態,我們常把穩壓電源分成兩類:線性穩壓電源和開關穩壓電源。1線性穩壓電源調整管工作在線性狀態下的穩壓電源2開關電源開關管(在開關電源中,我們一般把調整管叫做開關管)是工作在開、關兩種狀態下的:開——電阻很小;關——電阻很大。開關電源

開關電源是一種比較新型的電源。它具有效率高,重量輕,可升、降壓,輸出功率大等優點。但是由于電路工作在開關狀態,所以噪聲比較大。 通過下圖,我們來簡單的說說降壓型開關電源的工作原理。如圖所示,電路由開關K(實際電路中為三極管或者場效應管),續流二極管D,儲能電感L,濾波電容C等構成。當開關閉合時,電源通過開關K、電感L給負載供電,并將部分電能儲存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感,在開關接通后,電流增大得比較緩慢,即輸出不能立刻達到電源電壓值。一定時間后,開關斷開,由于電感L的自感作用(可以比較形象的認為電感中的電流有慣性作用),將保持電路中的電流不變,即從左往右繼續流。這電流流過負載,從地線返回,流到續流二極管D的正極,經過二極管D,返回電感L的左端,從而形成了一個回路。通過控制開關閉合跟斷開的時間(即PWM——脈沖寬度調制),就可以控制輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控制開、關的時間,以保持輸出電壓不變,這就實現了穩壓的目的。

線性穩壓器

在開關閉合期間,電感存儲能量;在開關斷開期間,電感釋放能量,所以電感L叫做儲能電感。二極管D在開關斷開期間,負責給電感L提供電流通路,所以二極管D叫做續流二極管。


在實際的開關電源中,開關K由三極管或場效應管代替。當開關斷開時,電流很小;當開關閉合時,電壓很小,所以發熱功率U×I就會很小。這就是開關電源效率高的原因。

線性穩壓器

看過完兩個關于電源的FAQ后,大家可能對電源的效率計算還不了解。在后面的FAQ中,我們將專門給大家介紹。常見的用于開關電源的芯片有:TL494,LM2575,LM2673,34063,51414等等。線性穩壓電源

根據調整管的工作狀態,我們常把穩壓電源分成兩類:線性穩壓電源和開關穩壓電源。此外,還有一種使用穩壓管的小電源。


這里說的線性穩壓電源,是指調整管工作在線性狀態下的直流穩壓電源。調整管工作在線性狀態下,可這么來理解:RW(見下面的分析)是連續可變的,亦即是線性的。而在開關電源中則不一樣,開關管(在開關電源中,我們一般把調整管叫做開關管)是工作在開、關兩種狀態下的:開——電阻很小;關——電阻很大。工作在開關狀態下的管子顯然不是線性狀態。


線性穩壓電源是比較早使用的一類直流穩壓電源。線性穩壓直流電源的特點是:輸出電壓比輸入電壓低;反應速度快,輸出紋波較小;工作產生的噪聲低;效率較低(現在經??吹腖DO就是為了解決效率問題而出現的);發熱量大(尤其是大功率電源),間接地給系統增加熱噪聲。


工作原理:我們先用下圖來說明線性穩壓電源調節電壓的原理。如下圖所示,可變電阻RW跟負載電阻RL組成一個分壓電路,輸出電壓為:


Uo=Ui×RL/(RW+RL),因此通過調節RW的大小,即可改變輸出電壓的大小。請注意,在這個式子里,如果我們只看可調電阻RW的值變化,Uo的輸出并不是線性的,但如果把RW和RL一起看,則是線性的。還要注意,我們這個圖并沒有將RW的引出端畫成連到左邊,而畫在右邊。雖然這從公式上看并沒有什么區別,但畫在右邊,卻正好反映了“采樣”和“反饋”的概念----實際中的電源,絕大部分都是工作在采樣和反饋的模式下的,使用前饋方法很少,或就是用了,也只是輔助方法而已。

線性穩壓器

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讓我們繼續:如果我們用一個三極管或者場效應管,來代替圖中的可變阻器,并通過檢測輸出電壓的大小,來控制這個“變阻器”阻值的大小,使輸出電壓保持恒定,這樣我們就實現了穩壓的目的。這個三極管或者場效應管是用來調整電壓輸出大小的,所以叫做調整管。


像圖1所示的那樣,由于調整管串聯在電源跟負載之間,所以叫做串聯型穩壓電源。相應的,還有并聯型穩壓電源,就是將調整管跟負載并聯來調節輸出電壓,典型的基準穩壓器TL431就是一種并聯型穩壓器。所謂并聯的意思,就是象圖2中的穩壓管那樣,通過分流來保證衰減放大管射極電壓的“穩定”,也許這個圖并不能讓你一下子看出它是“并聯”的,但細心一看,確實如此。不過,大家在此還要注意一下:此處的穩壓管,是利用它的非線性區工作的,因此,如果認為它是一個電源,它也是一個非線性電源。為了便于大家理解,回頭我們找一個理適合的圖來看,直到可以簡明地看懂為止。


由于調整管相當于一個電阻,電流流過電阻時會發熱,所以工作在線性狀態下的調整管,一般會產生大量的熱,導致效率不高。這是線性穩壓電源的一個最主要的一個缺點。想要更詳細的了解線性穩壓電源,請參看模擬電子線路教科書。這里我們主要是幫助大家理清這些概念以及它們之間的關系。

線性穩壓器

(圖1)

一般來說,線性穩壓電源由調整管、參考電壓、取樣電路、誤差放大電路等幾個基本部分組成。另外還可能包括一些例如保護電路,啟動電路等部分。下圖是一個比較簡單的線性穩壓電源原理圖(示意圖,省略了濾波電容等元件),取樣電阻通過取樣輸出電壓,并與參考電壓比較,比較結果由誤差放大電路放大后,控制調整管的導通程度,使輸出電壓保持穩定。

線性穩壓器

(圖2)

常用的線性串聯型穩壓電源芯片有:78XX系列(正電壓型),79XX系列(負電壓型)(實際產品中,XX用數字表示,XX是多少,輸出電壓就是多少。例如7805,輸出電壓為5V);LM317(可調正電壓型),LM337(可調負電壓型);1117(低壓差型,有多種型號,用尾數表示電壓值。如1117-3.3為3.3V,1117-ADJ為可調型)。

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