開關(guān)穩(wěn)壓電源和線性穩(wěn)壓電源的詳細概述

通常電源設(shè)計電路，分為線性電源和開關(guān)電源，其中線性穩(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——電阻很小;關(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。但是由于電路工作在開關(guān)狀態(tài)，所以噪聲比較大。 通過下圖，我們來簡單的說說降壓型開關(guān)電源的工作原理。如圖所示，電路由開關(guān)K(實際電路中為三極管或者場效應管)，續(xù)流二極管D，儲能電感L，濾波電容C等構(gòu)成。當開關(guān)閉合時，電源通過開關(guān)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(guān)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(guān)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(xù)流。這電流流過負載，從地線返回，流到續(xù)流二極管D的正極，經(jīng)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(guān)閉合跟斷開的時間(即PWM——脈沖寬度調(diào)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(guān)的時間，以保持輸出電壓不變，這就實現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。

在開關(guān)閉合期間，電感存儲能量;在開關(guān)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(guān)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(xù)流二極管。

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

看過完兩個關(guān)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(guān)電源的芯片有：TL494，LM2575，LM2673，34063，51414等等。

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。

這里說的線性穩(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(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：我們先用下圖來說明線性穩(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(diào)節(jié)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(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(qū)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。

讓我們繼續(xù)：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(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。這個三極管或者場效應管是用來調(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)在電源跟負載之間，所以叫做串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。相應的，還有并聯(lián)型穩(wěn)壓電源，就是將調(diào)整管跟負載并聯(lián)來調(diào)節(jié)輸出電壓，典型的基準穩(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，通過分流來保證衰減放大管射極電壓的“穩(wěn)定”，也許這個圖并不能讓你一下子看出它是“并聯(lián)”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(wěn)壓管，是利用它的非線性區(qū)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(diào)整管相當于一個電阻，電流流過電阻時會發(fā)熱，所以工作在線性狀態(tài)下的調(diào)整管，一般會產(chǎn)生大量的熱，導致效率不高。這是線性穩(wěn)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(wěn)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(guān)系。