線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器的比較 穩(wěn)壓器知識(shí)介紹

　　線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器有什么區(qū)別?穩(wěn)壓器，顧名思義，就是使輸出電壓穩(wěn)定的設(shè)備。所有的穩(wěn)壓器，都利用了相同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定輸出電壓通過連接到誤差放大器、反相輸入端的分壓電阻、采樣，誤差放大器的同相輸入端連接到一個(gè)參考電壓Vref。誤差放大器總是試圖迫使其兩端輸入相等。線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器有什么區(qū)別?為您介紹穩(wěn)壓器的相關(guān)知識(shí)。

　　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。此外，還有一種使用穩(wěn)壓管的小電源。

　　LDO(低壓降)穩(wěn)壓器

　　LDO 是一種線性穩(wěn)壓器，(VoltageRegulators/Stabilizers)。線性穩(wěn)壓器，使用在其線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的晶體管或FET，從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩(wěn)壓器，將輸出電壓維持在其額定值上下100mV 之內(nèi)所需的輸入電壓與輸出電壓差額的小值。正輸出電壓的LDO(低壓降)穩(wěn)壓器，通常使用功率晶體管(也稱為傳遞設(shè)備)作為PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩(wěn)壓器，可以有一個(gè)非常低的壓降電壓，通常為200mV左右;與之相比，使用NPN 復(fù)合電源晶體管的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器，的壓降為2V 左右。負(fù)輸出LDO 使用NPN 作為它的傳遞設(shè)備，其運(yùn)行模式與正輸出LDO 的PNP設(shè)備類似。更新的發(fā)展使用CMOS 功率晶體管，它能夠提供的壓降電壓。使用CMOS，通過穩(wěn)壓器，的電壓壓降是電源設(shè)備負(fù)載電流的ON 電阻造成的。如果負(fù)載較小，這種方式產(chǎn)生的壓降只有幾十毫伏。

　　開關(guān)穩(wěn)壓器

　　開關(guān)穩(wěn)壓器，使用輸出級(jí)，重復(fù)切換“開”和“關(guān)”狀態(tài)，與能量存貯部件(電容器和感應(yīng)器)一起產(chǎn)生輸出電壓。它的調(diào)整是通過根據(jù)輸出電壓的反饋樣本來調(diào)整切換定時(shí)來實(shí)現(xiàn)的。在固定頻率的穩(wěn)壓器，中，通過調(diào)節(jié)開關(guān)電壓的脈沖寬度來調(diào)節(jié)切換定時(shí)? 這就是所謂的PWM 控制。在門控振蕩器或脈沖模式穩(wěn)壓器中，開關(guān)脈沖的寬度和頻率保持恒定，但是，輸出開關(guān)的“開”或“關(guān)”由反饋控制。根據(jù)開關(guān)和能量存貯部件的排列，產(chǎn)生的輸出電壓可以大于或小于輸入電壓，并且可以用一個(gè)穩(wěn)壓器產(chǎn)生多個(gè)輸出電壓。在大多數(shù)情況下，在同樣的輸入電壓和輸出電壓要求下，脈沖(降壓)開關(guān)穩(wěn)壓器比線性穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換電源的效率更高。

　　線性穩(wěn)壓器與開關(guān)穩(wěn)壓器的比較

　　線性電壓穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)： 簡單輸出紋波電壓低出色的line 和負(fù)載穩(wěn)壓;對(duì)負(fù)載和line 的變化響應(yīng)迅速;電磁干擾(EMI) 低。

　　缺點(diǎn)：效率低 ;如果需要冷卻設(shè)備，則要求較大的空間

　　開關(guān)電壓穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)：能夠處理較高的電源密度; 效率高(降低了冷卻所需的源電源需求);拓?fù)鋵W(xué)結(jié)果可用于傳遞單個(gè)或多個(gè)輸出電壓，大于或小于生成的輸出電壓。

　　缺點(diǎn)：瞬時(shí)恢復(fù)時(shí)間較慢 ;輸出紋波電壓高;產(chǎn)生電磁干擾(EMI)

　　開關(guān)電容式轉(zhuǎn)換器

　　一個(gè)典型的開關(guān)電容式轉(zhuǎn)換器包括四個(gè)大型MOS 開關(guān)，其開關(guān)順序?yàn)榈湫偷拈_關(guān)、加倍或減半輸入電源電壓。能量的傳遞與存貯由外部電容器提供。在開關(guān)周期的部分，輸入電壓作用于一個(gè)電容器(C1)。在開關(guān)周期的第二部分，電荷從C1 傳送到第二個(gè)電容器C2 上。

　　傳統(tǒng)的開關(guān)電容式轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造是一個(gè)反用換流器，其中C2 具有一個(gè)接地正端，其負(fù)端傳遞負(fù)輸出電壓。經(jīng)過幾個(gè)周期之后，通過C2 的電壓將被施加到輸入電壓。假設(shè)C2 上沒有負(fù)載、開關(guān)上沒有損耗并且在電容器中沒有連續(xù)的電阻，則輸出電壓將正好是輸入電壓的負(fù)數(shù)。在現(xiàn)實(shí)中，電荷傳送的效率(以及由此導(dǎo)致的輸出電壓的精確性)取決于開關(guān)頻率、開關(guān)的電阻、電容器的值和連續(xù)電阻。一種類似的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?倍壓器使用相同的開關(guān)和電容器組，但更改了接地連接和輸入電壓。

　　其它更復(fù)雜的變種產(chǎn)品使用附加開關(guān)和電容器實(shí)現(xiàn)輸入電壓與輸出電壓的其它變換比率，并且在一些情況下，使用專門的開關(guān)次序來產(chǎn)生分?jǐn)?shù)關(guān)系(例如3/2)。在各種簡單的形式中，開關(guān)電容式轉(zhuǎn)換器是不具備穩(wěn)壓功能的。一些新的National半導(dǎo)體開關(guān)電容式轉(zhuǎn)換器具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的增益級(jí)別以產(chǎn)生經(jīng)過穩(wěn)壓的輸出;其它開關(guān)電容式轉(zhuǎn)換器使用一個(gè)內(nèi)置的低壓降線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生未經(jīng)過穩(wěn)壓的輸出。

　　錯(cuò)誤標(biāo)記

　　是一個(gè)集電極開路輸出，當(dāng)經(jīng)過穩(wěn)壓的輸出電壓低于額定輸出電壓5%(典型的)時(shí)，它會(huì)發(fā)出一個(gè)信號(hào)。開始時(shí)，錯(cuò)誤標(biāo)記為低，直到輸出電壓達(dá)到額定輸出電壓的95% 為止。在一些情況下，電源轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的錯(cuò)誤標(biāo)記會(huì)有延遲。這個(gè)延遲是由外部電容器設(shè)置的，并可用作開機(jī)重置功能將微處理器重新設(shè)置為加電。如果顯示狀態(tài)“錯(cuò)誤”，輸出電壓為低情況使得集電極開路的輸出為高(標(biāo)記晶體管顯示OFF)。當(dāng)輸出電壓在額定電壓上下5% 范圍以內(nèi)時(shí)，此標(biāo)記輸出為低。

　　同步或頻率調(diào)整

　　在開關(guān)穩(wěn)壓器和開關(guān)電容式轉(zhuǎn)換器中，使用一個(gè)內(nèi)部振蕩器來設(shè)置輸出晶體管的開關(guān)頻率。該開關(guān)頻率的值可以確定轉(zhuǎn)換器中使用的某些外部組件，確定轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的噪音的頻率，并影響轉(zhuǎn)換器的性能。某些轉(zhuǎn)換器允許通過調(diào)整內(nèi)部震蕩器頻率(“頻率調(diào)整”)或通過同步振蕩器與外部電源(“同步”)來更改開關(guān)頻率。一般來說，通過提高開關(guān)頻率，可以在轉(zhuǎn)換器輸出級(jí)中使用較小的部件(電容器，感應(yīng)器)。

　　這可能降低轉(zhuǎn)換器的效率，因?yàn)樵黾恿碎_關(guān)損耗，除非同時(shí)使用更高質(zhì)量的部件。性能良好的更高頻率的轉(zhuǎn)換器將比頻率較低的轉(zhuǎn)換器具有更快的瞬時(shí)響應(yīng)。如果一個(gè)板上有幾個(gè)轉(zhuǎn)換器，則通常將它們同步到一個(gè)公共源。這可以控制整個(gè)批量產(chǎn)生的噪音，并盡量減小可能產(chǎn)生的任何“敲擊頻率”。這個(gè)問題對(duì)于高功率轉(zhuǎn)換器(例如5W 或更高功率)通常很重要。在許多情況下，開關(guān)頻率只能從其預(yù)設(shè)值增加。產(chǎn)品數(shù)據(jù)表將標(biāo)出該功能的頻率范圍。

　　開/關(guān)或停機(jī)

　　“開/關(guān)”或“停機(jī)”功能使穩(wěn)壓器能夠在帶電的情況下打開或關(guān)閉。盡管在“關(guān)閉”或“停機(jī)”模式下，穩(wěn)壓器的供給電流因?yàn)檩敵霰唤枚抵烈粋€(gè)較低的級(jí)別，但是內(nèi)部偏置電路仍處于運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)重新啟用之后，穩(wěn)壓器，將以比輸入電壓關(guān)閉又打開的情況下快得多的速度重新對(duì)輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓。如果顯示在”開”的狀態(tài)，則穩(wěn)壓器將被邏輯高電平啟動(dòng)。否則，將被邏輯低電平啟動(dòng)。

　　1、交流穩(wěn)壓電源的分類及其特點(diǎn)：

　　能夠提供一個(gè)穩(wěn)定電壓和頻率的電源稱交流穩(wěn)定電源。目前國內(nèi)多數(shù)廠家所做的工作是交流電壓穩(wěn)定。下面結(jié)合市場(chǎng)有的交流穩(wěn)壓電源簡述其分類特點(diǎn)。

　　參數(shù)調(diào)整(諧振)型

　　這類穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓的基本原理是LC串聯(lián)諧振,早期出現(xiàn)的磁飽和型穩(wěn)壓器就屬于這一類.它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,無眾多的元器件,可靠性相當(dāng)高穩(wěn)壓范圍相當(dāng)寬,抗干擾和抗過載能力強(qiáng).缺點(diǎn)是能耗大、噪聲大、笨重且造價(jià)高。

　　在磁飽和原理的基礎(chǔ)上的發(fā)育進(jìn)形成的參數(shù)穩(wěn)壓器和我國50年代已流行的“磁放大器調(diào)整型電子交流穩(wěn)壓器”(即614型)均屬此類原理的交流穩(wěn)壓器。

　　自耦(變比)調(diào)整型

　　1、機(jī)械調(diào)壓型，即以伺服電機(jī)帶動(dòng)炭刷在自耦變壓器的的繞組滑動(dòng)面上移動(dòng)，改變Vo對(duì)Vi的比值，以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)整和穩(wěn)定。該種穩(wěn)壓器可以從幾百瓦到幾千瓦。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，輸出波形失真小;但由于炭刷滑動(dòng)接點(diǎn)易產(chǎn)生電火花，造成電刷損壞以至燒毀而失效;且電壓調(diào)整速度慢。

　　2、改變抽頭型，將自耦變壓器做成多個(gè)固定抽頭，通過繼電器或可控硅(固態(tài)繼電器)做為開關(guān)器10件，自動(dòng)改變抽頭位置，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。

　　該種型穩(wěn)壓器優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，穩(wěn)壓范圍寬(130V-280V)，效率高(≥95%)，價(jià)格低。而缺點(diǎn)是穩(wěn)壓精度低(±8～10%)工作壽命短，它適用于家庭給空調(diào)器供電。

　　大功率補(bǔ)償型——凈化型穩(wěn)壓器(含精密型穩(wěn)壓器)

　　它用補(bǔ)償環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定，易實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制。

　　它的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能好，穩(wěn)壓精度高(≤±1%)、響應(yīng)快(40～60ms)、電路簡單、工作可靠。缺點(diǎn)是：帶計(jì)算機(jī)，程控交換機(jī)等非線性負(fù)載時(shí)有低頻振蕩現(xiàn)象;輸入側(cè)電流失真度大，源功率因數(shù)較低;輸出電壓對(duì)輸入電壓有相移。對(duì)抗干擾功能要求較高的單位，在城市里應(yīng)用為宜，計(jì)算機(jī)供電時(shí)，必須選用計(jì)算機(jī)總功率的2-3倍左右穩(wěn)壓器來使用。因具有穩(wěn)壓、抗干擾，響應(yīng)速度快、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛。