淺論線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源的不同

穩(wěn)壓電源

穩(wěn)壓電源（stabilized voltage supply）是能為負(fù)載提供穩(wěn)定的交流電或直流電的電子裝置，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)載出現(xiàn)瞬間波動(dòng)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，使其穩(wěn)定在±2%以內(nèi)。

主要功能

穩(wěn)定電壓

當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載出現(xiàn)瞬間波動(dòng)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，使其穩(wěn)定在±2%以

內(nèi)。

多功能綜合保護(hù)

穩(wěn)壓器除了最基本的穩(wěn)定電壓功能以外，還應(yīng)具有過(guò)壓保護(hù)（超過(guò)輸出電壓的+10%）、欠壓保護(hù)（低于輸出電壓的-10%）、缺相保護(hù)、短路過(guò)載保護(hù)最基本的保護(hù)功能。

尖脈沖抑制

電網(wǎng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)幅值很高，脈寬很窄的尖脈沖，它會(huì)擊穿耐壓較低的電子元件。穩(wěn)壓電源的抗浪涌組件能夠?qū)@樣的尖脈沖起到很好的抑制作用。

隔離傳導(dǎo)性EMI電磁干擾（可選）：

數(shù)控設(shè)備多采用AC/DC整流+PFC高頻功率因數(shù)校正，自身有一定的干擾性同時(shí)對(duì)干擾源也有嚴(yán)格要求。穩(wěn)壓電源的濾波組件能夠有效隔離電網(wǎng)對(duì)設(shè)備的干擾同時(shí)也能有效隔離設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的干擾。

防雷

應(yīng)具有的防雷擊能力。

工作原理

工頻交流電源經(jīng)過(guò)變壓器降壓、 整流、濾波后成為一穩(wěn)定的直流電。圖中其余部分是起電壓調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作

用的控制部分。電源接上負(fù)載后，通過(guò)采樣電路獲得輸出電壓，將此輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果輸出電壓小于基準(zhǔn)電壓，則將誤差值經(jīng)過(guò)放大電路放大后送入調(diào)節(jié)器的輸入端，通過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)使輸出電壓增加，直到和基準(zhǔn)值相等；如果輸出電壓大于基準(zhǔn)電壓，則通過(guò)調(diào)節(jié)器使輸出減小。

穩(wěn)壓器電路由電源電路、電壓檢測(cè)控制電路、過(guò)電壓保護(hù)組成，如圖所示。電源電路由調(diào)壓變壓器T的W4、W5繞組和整流二極管VDl-VD4、濾波電容器Cl、C2組成。電壓檢測(cè)控制電路由電阻器R-R7、電位器RPl、Rm、穩(wěn)壓二極管VS、電容器C3、C4和運(yùn)算放大器集成電路IC（Nl-N3）組成。過(guò)電壓保護(hù)電路由IC內(nèi)部的N3、晶體管V3、電阻器Rl2和繼電器K組成。自動(dòng)調(diào)壓電路由電阻器R8-Rll、晶體管Vl、V2、直流電動(dòng)機(jī)M、滑動(dòng)觸頭和T的Wl-W3繞組組成。將交流穩(wěn)壓器的輸大端與市電相接后，在T的W4、W5繞組上產(chǎn)生了感應(yīng)電壓。該電壓經(jīng)VDl-VD4整流及Cl、C2濾波后，為IC和Vl、V2等提供 士l2V不穩(wěn)定工作電壓。+l2V電壓還有其他作用。經(jīng)Rl-R3分壓、VS穩(wěn)壓后，分別為Nl-N3的反相輸入端提供基準(zhǔn)電壓；為過(guò)電壓保護(hù)電路申的K和V3提供工作電源；經(jīng)R4、RP2、R6分壓后，為Nl和N2的正相輸入端提供檢測(cè)電壓；經(jīng)R7、RPl、R5分壓后，為N3的正相輸入端提供檢測(cè)電壓。

Nl-N3將正相輸大端的檢測(cè)電壓與反相輸大端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，用產(chǎn)生的誤差電壓去控制自動(dòng)調(diào)壓電路。

當(dāng)市電電壓正常時(shí)，Nl和N2的輸出端電壓為OV，Vl和V2均處于截止?fàn)顟B(tài)，電動(dòng)機(jī)M不工作。

當(dāng)市電電壓偏低時(shí)，Nl和N2輸出低電平，使V2導(dǎo)通，Vl截止，M逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滑壁臂驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)觸頭移動(dòng)，與T相應(yīng)的電壓抽頭接觸 （T的Wl、W2繞組共設(shè)置了21個(gè)電壓抽頭，每一檔的電壓調(diào)節(jié)范圍為5V），通過(guò)T的W2繞組來(lái)提升輸出電壓。當(dāng)輸出交流電壓升至220V時(shí)，V2截止，M停轉(zhuǎn)。當(dāng)市電電壓偏高時(shí)，Nl和N2均輸出高電平，使Vl導(dǎo)通，V2截止，M順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滑臂驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)觸頭移動(dòng)，與T相應(yīng)的電壓抽頭接觸，通過(guò)T的Wl繞組來(lái)降低輸出電壓。當(dāng)輸出交流電壓降至220V時(shí)，Vl截止，M停轉(zhuǎn)。當(dāng)市電電壓偏高超過(guò)260V時(shí)，N3因正相輸入端電壓高于反相輸入端電壓而輸出低電平，使V3截止，，K釋放，其常閉觸頭接通交流電壓的輸出回路。當(dāng)市電電壓為160-260V時(shí)，N3因正相輸入端電壓低于反相輸入端電壓而輸出高電平，使V3導(dǎo)通，K吸合，其常閉觸頭斷開，從而保證負(fù)載（用電器）不會(huì)因過(guò)電壓而損壞。 ［3］

選購(gòu)

元器件選擇

R8和R9均選用lW金屬膜電阻器，其余各電阻器選用1/4W或l/2W金屬膜電阻器。

RPl和RP2均選用精密可變電阻器。

Cl-C4均選用耐壓值為16V的鋁電解電容器。

VDl-VD4均選用lN5404型硅整流二極管。

VS選用1/2W、6V的硅穩(wěn)壓二極管，例如lN5233A或lN5995B等型號(hào)。

Vl選用DSl5或2SC2073型硅NPN晶體管；V2選用CSl5或2SA940型硅PNP晶體管；V3選用S805O或C8050型硅NPN晶體管。

IC選用LM324型運(yùn)算放大集成電路。

M選用l2V直流電動(dòng)機(jī)。

K選用JRX-l3F型l2V直流繼電器，使用時(shí)將其兩組常閉觸頭并聯(lián)，以增大電流負(fù)荷。

采用300-500W的電源變壓器改制。先計(jì)算出匝/伏比等有關(guān)數(shù)據(jù)后再進(jìn)行繞制，每5V處取出一抽頭并作好標(biāo)記。先繞Wl-W3繞組，后繞W4和W5繞組。將T各抽頭的外接點(diǎn)與滑臂的滑動(dòng)觸頭分別裝在兩塊完全一樣的印制板上，粘合后對(duì)應(yīng)連接。滑臂為上、下兩片型式，印制板夾在其中間，使其在滑動(dòng)時(shí)接觸良好?；凵晷难b上齒輪，電動(dòng)機(jī)M通過(guò)齒輪變速后驅(qū)動(dòng)滑臂移動(dòng)。

電路調(diào)試

調(diào)試時(shí)，先將RPl和R陀的動(dòng)觸頭調(diào)至中間位置，在交流穩(wěn)壓器的輸入端接上一臺(tái)手動(dòng)調(diào)壓器，在輸出端接上電壓表，調(diào)整調(diào)壓器使輸入交流電壓為220V，然后調(diào)節(jié)R陀的阻值，使M在輸出電壓為220V時(shí)停轉(zhuǎn)。

斷開M的引線 （滑動(dòng)觸頭應(yīng)接在-220V處），調(diào)整RPl，使輸人電壓調(diào)至230V時(shí)，K立即吸合即可。

根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。

線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的穩(wěn)壓電源。而在開關(guān)電源中則不一樣，開關(guān)管（在開關(guān)電源中，我們一般把調(diào)整管叫做開關(guān)管）是工作在開、關(guān)兩種狀態(tài)下的：開——電阻很?。魂P(guān)——電阻很大。

開關(guān)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(yōu)點(diǎn)。但是由于電路工作在開關(guān)狀態(tài)，所以噪聲比較大。 通過(guò)下圖，我們來(lái)簡(jiǎn)單的說(shuō)說(shuō)降壓型開關(guān)電源的工作原理。如圖所示，電路由開關(guān)K（實(shí)際電路中為三極管或者場(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)開關(guān)閉合時(shí)，電源通過(guò)開關(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，在開關(guān)接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓值。一定時(shí)間后，開關(guān)斷開，由于電感L的自感作用（可以比較形象的認(rèn)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(xù)流。這電流流過(guò)負(fù)載，從地線返回，流到續(xù)流二極管D的正極，經(jīng)過(guò)二極管D，返回電感L的左端，從而形成了一個(gè)回路。通過(guò)控制開關(guān)閉合跟斷開的時(shí)間（即PWM——脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。如果通過(guò)檢測(cè)輸出電壓來(lái)控制開、關(guān)的時(shí)間，以保持輸出電壓不變，這就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。

在開關(guān)閉合期間，電感存儲(chǔ)能量；在開關(guān)斷開期間，電感釋放能量，所以電感L叫做儲(chǔ)能電感。二極管D在開關(guān)斷開期間，負(fù)責(zé)給電感L提供電流通路，所以二極管D叫做續(xù)流二極管。

在實(shí)際的開關(guān)電源中，開關(guān)K由三極管或場(chǎng)效應(yīng)管代替。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電流很??；當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電壓很小，所以發(fā)熱功率U×I就會(huì)很小。這就是開關(guān)電源效率高的原因。

常見的用于開關(guān)電源的芯片有：TL494，LM2575，LM2673，34063，51414等等。

這里說(shuō)的線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源。調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下，可這么來(lái)理解：RW（見下面的分析）是連續(xù)可變的，亦即是線性的。而在開關(guān)電源中則不一樣，開關(guān)管（在開關(guān)電源中，我們一般把調(diào)整管叫做開關(guān)管）是工作在開、關(guān)兩種狀態(tài)下的：開——電阻很小；關(guān)——電阻很大。工作在開關(guān)狀態(tài)下的管子顯然不是線性狀態(tài)。

線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特點(diǎn)是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較?。还ぷ鳟a(chǎn)生的噪聲低；效率較低（現(xiàn)在經(jīng)常看的LDO就是為了解決效率問(wèn)題而出現(xiàn)的）；發(fā)熱量大（尤其是大功率電源），間接地給系統(tǒng)增加熱噪聲。

工作原理：我們先用下圖來(lái)說(shuō)明線性穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)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×RL/（RW RL），因此通過(guò)調(diào)節(jié)RW的大小，即可改變輸出電壓的大小。請(qǐng)注意，在這個(gè)式子里，如果我們只看可調(diào)電阻RW的值變化，Uo的輸出并不是線性的，但如果把RW和RL一起看，則是線性的。還要注意，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。雖然這從公式上看并沒(méi)有什么區(qū)別，但畫在右邊，卻正好反映了“采樣”和“反饋”的概念----實(shí)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。

讓我們繼續(xù)：如果我們用一個(gè)三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管，來(lái)代替圖中的可變阻器，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，使輸出電壓保持恒定，這樣我們就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。這個(gè)三極管或者場(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)節(jié)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“穩(wěn)定”，也許這個(gè)圖并不能讓你一下子看出它是“并聯(lián)”的，但細(xì)心一看，確實(shí)如此。不過(guò)，大家在此還要注意一下：此處的穩(wěn)壓管，是利用它的非線性區(qū)工作的，因此，如果認(rèn)為它是一個(gè)電源，它也是一個(gè)非線性電源。為了便于大家理解，回頭我們找一個(gè)理適合的圖來(lái)看，直到可以簡(jiǎn)明地看懂為止。

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，所以工作在線性狀態(tài)下的調(diào)整管，一般會(huì)產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致效率不高。這是線性穩(wěn)壓電源的一個(gè)最主要的一個(gè)缺點(diǎn)。想要更詳細(xì)的了解線性穩(wěn)壓電源，請(qǐng)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(guān)系。

一般來(lái)說(shuō)，線性穩(wěn)壓電源由調(diào)整管、參考電壓、取樣電路、誤差放大電路等幾個(gè)基本部分組成。另外還可能包括一些例如保護(hù)電路，啟動(dòng)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，省略了濾波電容等元件），取樣電阻通過(guò)取樣輸出電壓，并與參考電壓比較，比較結(jié)果由誤差放大電路放大后，控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度，使輸出電壓保持穩(wěn)定。

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(diào)正電壓型），LM337（可調(diào)負(fù)電壓型）；1117（低壓差型，有多種型號(hào)，用尾數(shù)表示電壓值。如1117-3.3為3.3V，1117-ADJ為可調(diào)型）。

常用穩(wěn)壓芯片

線性穩(wěn)壓器件（輸入輸出電流相等，壓降3V以上）

型號(hào) 穩(wěn)壓（V） 最大輸出電流 可替代型號(hào)

79L05 -5V 100mA

79L06 -6V 100mA

79L08 -8V 100mA

LM7805 5V 1A L7805，LM340T5

LM7806 6V 1A L7806

LM7808 8V 1A L7808

LM7809 9V 1A L7809

LM7812 12V 1A L7812，LM340T12

LM7815 15V 1A L7815，LM340T15

LM7818 18V 1A L7815

LM7824 24V 1A L7824

LM7905 -5V 1A L7905

LM7906 -6V 1A L7906，KA7906

LM7908 -8V 1A L7908

LM7909 -9V 1A L7909

LM7912 -12V 1A L7912

LM7915 -15V 1A L7915

LM7918 -18V 1A L7918

LM7924 -24V 1A L7924

78L05 5V 100mA

78L06 6V 100mA

78L08 8V 100ma

78L09 9V 100ma

78L12 12V 100ma

78L15 15V 100ma

78L18 18V 100ma

78L24 24V 100ma

開關(guān)穩(wěn)壓器件（電壓轉(zhuǎn)換效率高）

型號(hào) 說(shuō)明 最大輸出電流

LM1575T-3.3 3.3V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM1575T-5.0 5V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM1575T-12 12V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM1575T-15 15V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM1575T-ADJ 簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器（可調(diào)1.23V~37V） 1A

LM1575HVT-3.3 3.3V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM1575HVT-5.0 5V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM1575HVT-12 12V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM1575HVT-15 15V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM1575HVT-ADJ 簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器（可調(diào)1.23V~37V） 1A

LM2575T-3.3 3.3V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM2575T-5.0 5V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM2575T-12 12V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM2575T-15 15V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM2575T-ADJ 簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器（可調(diào)1.23V~ 37V） 1A

LM2575HVT-3.3 3.3V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM2575HVT-5.0 5V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM2575HVT-12 12V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM2575HVT-15 15V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 1A

LM2575HVT-ADJ 簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器（可調(diào)1.23V~37V） 1A

LM2576T-3.3 3.3V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 3A

LM2576T-5.0 5.0V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 3A

LM2576T-12 12V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 3A

LM2576T-15 15V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 3A

LM2576T-ADJ 簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器（可調(diào)1.23V~37V） 3A

LM2576HVT-3.3 3.3V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 3A

LM2576HVT-5.0 5.0V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 3A

LM2576HVT-12 12V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 3A

LM2576HVT-15 15V簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器 3A

LM2576HVT-ADJ 簡(jiǎn)易開關(guān)電源穩(wěn)壓器（可調(diào)1.23V~37V） 3A