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。但是由於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，並將部分電能儲存在電感L以及電容C中。由於電感L的自感，在開關接通後，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達到電源電壓值。一定時間後，開關斷開，由於電感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。通過控製開關閉合跟斷開的時間(即PWM——脈衝寬度調製)，就可以控製輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控製開


、關的時間，以保持輸出電壓不變，這就實現了穩壓的目的。

 

 

 

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。看過完兩個關於電源的FAQ後，大家可能對電源的效率計算還不了解。在後麵的FAQ中，我們將專門給大家介紹。常見的用於開關電源的芯片有：TL494，LM2575，LM2673
，34063，51414等等。

 

根據調整管的工作狀態，我們常把穩壓電源分成兩類：xianxingwenyadianyuanhekaiguanwenyadianyuan。ciwai，haiyouyizhongshiyongwenyaguandexiaodianyuan。zhelishuodexianxingwenyadianyuan，shizhitiaozhengguangongzuozaixianxingzhuangtaixiadezhiliuwenyadianyuan。tiaozhengguangongzuozaixianxingzhuangtaixia，kezhemelailijie：RW(見下麵的分析)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(現在經常看的LDO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)，間接地給係統增加熱噪聲。

 

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，在這個式子裏，如果我們隻看可調電阻RW的值變化

，Uo的輸出並不是線性的
，但如果把RW和RL一起看

，則是線性的。還要注意
，我們這個圖並沒有將RW的引出端畫成連到左邊
，而畫在右邊。雖然這從公式上看並沒有什麼區別，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，也隻是輔助方法而已。

 

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，並通過檢測輸出電壓的大小，來控製這個“變阻器”阻zu值zhi的de大da小xiao，使shi輸shu出chu電dian壓ya保bao持chi恒heng定ding，這zhe樣yang我wo們men就jiu實shi現xian了le穩wen壓ya的de目mu的de。這zhe個ge三san極ji管guan或huo者zhe場chang效xiao應ying管guan是shi用yong來lai調tiao整zheng電dian壓ya輸shu出chu大da小xiao的de，所suo以yi叫jiao做zuo調tiao整zheng管guan。

 

像圖1所suo示shi的de那na樣yang，由you於yu調tiao整zheng管guan串chuan聯lian在zai電dian源yuan跟gen負fu載zai之zhi間jian，所suo以yi叫jiao做zuo串chuan聯lian型xing穩wen壓ya電dian源yuan。相xiang應ying的de
，還hai有you並bing聯lian型xing穩wen壓ya電dian源yuan，就jiu是shi將jiang調tiao整zheng管guan跟gen負fu載zai並bing聯lian來lai調tiao節jie輸shu出chu電dian壓ya，典dian型xing的de基ji準zhun穩wen壓ya器qiTL431就是一種並聯型穩壓器。所謂並聯的意思，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”
，也許這個圖並不能讓你一下子看出它是“並聯”的，但細心一看，確實如此。不過，大家在此還要注意一下：此ci處chu的de穩wen壓ya管guan，是shi利li用yong它ta的de非fei線xian性xing區qu工gong作zuo的de，因yin此ci

，如ru果guo認ren為wei它ta是shi一yi個ge電dian源yuan，它ta也ye是shi一yi個ge非fei線xian性xing電dian源yuan。為wei了le便bian於yu大da家jia理li解jie，回hui頭tou我wo們men找zhao一yi個ge理li適shi合he的de圖tu來lai看kan，直zhi到dao可ke以yi簡jian明ming地di看kan懂dong為wei止zhi。

 

由you於yu調tiao整zheng管guan相xiang當dang於yu一yi個ge電dian阻zu，電dian流liu流liu過guo電dian阻zu時shi會hui發fa熱re，所suo以yi工gong作zuo在zai線xian性xing狀zhuang態tai下xia的de調tiao整zheng管guan
，一yi般ban會hui產chan生sheng大da量liang的de熱re，導dao致zhi效xiao率lv不bu高gao。這zhe是shi線xian性xing穩wen壓ya電dian源yuan的de一yi個ge最zui主zhu要yao的de一yi個ge缺que點dian。想xiang要yao更geng詳xiang細xi的de了le解jie線xian性xing穩wen壓ya電dian源yuan
，請qing參can看kan模mo擬ni電dian子zi線xian路lu教jiao科ke書shu。這zhe裏li我wo們men主zhu要yao是shi幫bang助zhu大da家jia理li清qing這zhe些xie概gai念nian以yi及ji它ta們men之zhi間jian的de關guan係xi。

 

 

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，並與參考電壓比較，比較結果由誤差放大電路放大後
，控製調整管的導通程度
，使輸出電壓保持穩定。

 

 

圖2

 

常用的線性串聯型穩壓電源芯片有：78XX係列(正電壓型)，79XX係列(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)。

 

1.DC to DC包括boost(升壓)

、buck(降壓)、 Boost/buck(升/降壓)和反相結構，具有高效率
、高輸出電流、低靜態電流等特點，隨著集成度的提高，許多新型DC-DC 轉換器的外圍電路僅需電感和濾波電容;但該類電源控製器的輸出紋波和開關噪聲較大

、成本相對較高。

 

2.LDO：diyachaxianxingwenyaqidetuchuyoudianshijuyouzuididechengben
，zuididezaoshenghezuididejingtaidianliu。tadewaiweiqijianyehenshao，tongchangzhiyouyilianggepangludianrong。xinxingLDO可達到 以下指標：30μV 輸出噪聲、60dB PSRR
、6μA 靜態電流及100mV 的壓差。LDO 線性穩壓器能夠實現這些特性的主要原因在於內部調整管采用了P 溝道場效應管，而不是通常線性穩壓器中的PNP 晶體管。P 溝道的場效應管不需要基極電流驅動，所以大大降低了器件本身的電源電流;另一方麵，在采用PNP 管的結構中，為了防止PNP 晶體管進入飽和狀態降低輸出能力，必須保證較大的輸入輸出壓差;而P 溝道場效應管的壓差大致等於輸出電流與其導通電阻的乘積
，極小的導通電阻使其壓差非常低。當係統中輸入電壓和輸出電壓接近時
， LDO 是最好的選擇，可達到很高的效率。所以在將鋰離子電池電壓轉換為3V 電壓的應用中大多選用LDO，盡管電池最後放電能量的百分之十沒有使用，但是LDO 仍然能夠在低噪聲結構中提供較長的電池壽命。

 

 

開關穩壓器使用輸出級，重複切換“開”和“關”狀態，與能量存貯部件(電容器和感應器)一起產 生(sheng)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。它(ta)的(de)調(tiao)整(zheng)是(shi)通(tong)過(guo)根(gen)據(ju)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)反(fan)饋(kui)樣(yang)本(ben)來(lai)調(tiao)整(zheng)切(qie)換(huan)定(ding)時(shi)來(lai)實(shi)現(xian)的(de)。在(zai)固(gu)定(ding)頻(pin)率(lv)的(de)穩(wen)壓(ya)器(qi)中(zhong)，通(tong)過(guo)調(tiao)節(jie)開(kai)關(guan)電(dian)壓(ya)的(de)脈(mai)衝(chong)寬(kuan)度(du)來(lai)調(tiao)節(jie)切(qie)換(huan)定(ding)時(shi) ? 這就是所謂的 PWM 控製。在門控振蕩器或脈衝模式穩壓器中，開關脈衝的寬度和頻率保持恒定，但是

，輸出開關的“開”或“關”由反饋控製。

 

根(gen)據(ju)開(kai)關(guan)和(he)能(neng)量(liang)存(cun)貯(zhu)部(bu)件(jian)的(de)排(pai)列(lie)
，產(chan)生(sheng)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)可(ke)以(yi)大(da)於(yu)或(huo)小(xiao)於(yu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)

，並(bing)且(qie)可(ke)以(yi)用(yong)一(yi)個(ge)穩(wen)壓(ya)器(qi)產(chan)生(sheng)多(duo)個(ge)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。在(zai)大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)
，在(zai)同(tong)樣(yang)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)和(he)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)要(yao)求(qiu)下(xia)，脈(mai)衝(chong)(降壓)開關穩壓器比線性穩壓器轉換電源的效率更高。

 

 

LDO 是一種線性穩壓器。線性穩壓器使用在其線性區域內運行的晶體管或 FET，從應用的輸入電壓中減去超額的電壓
，產生經過調節的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。正輸出電壓的 LDO(低壓降)穩壓器通常使用功率晶體管(也稱為傳遞設備)作為 PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩壓器可以有一個非常低的壓降電壓，通常為 200mV 左右;與之相比，使用 NPN 複合電源晶體管的傳統線性穩壓器的壓降為 2V 左右。負輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設備
，其運行模式與正輸出 LDO 的 PNP設備類似。

 

更新的發展使用 CMOS 功率晶體管
，它能夠提供最低的壓降電壓。使用 CMOS，通過穩壓器的唯一電壓壓降是電源設備負載電流的 ON 電阻造成的。如果負載較小
，這種方式產生的壓降隻有幾十毫伏。

 

 

線性電壓穩壓器開關電壓穩壓器

 

 

簡單

 

輸出紋波電壓低

 

出色的 line 和負載穩壓

 

對負載和 line 的變化響應迅速

 

電磁幹擾 (EMI) 低

 

效率高(降低了冷卻所需的源電源需求)

 

能夠處理較高的電源密度

 

拓撲學結果可用於傳遞單個或多個輸出電壓，大於或小於生成的輸出電壓

 

 

效率低

 

如果需要冷卻設備，則要求較大的空間

 

輸出紋波電壓高

 

瞬時恢複時間較慢

 

產生電磁幹擾(EMI)

 

LDO是低壓差的器件，因此
，輸出多為固定電壓，否則失去了低壓差的意義，盡管輸入電壓可以在一定的範圍。DCtoDC是電壓轉換，有升壓、降壓等，一般升壓電路的輸出電流不可能做大
，而降壓的電流可以做得較大。TI公司有各種上述電路，可以到TI公司的網站查
，數據多數是英文的。其他公司的用得不多
，不好說。DC-DC，其實內部是先把DC直流電源轉變為交流電電源AC。通常是一種自激震蕩電路

，所以外麵需要電感等分立元件。然後在輸出端再通過積分濾波
，又回到DC電源。由於產生AC電源

，所以可以很輕鬆的進行升壓跟降壓。兩次轉換，必然會產生損耗

，這就是大家都在努力研究的如何提高DC-DC效率的問題。

 

LDO是low dropout regulator，意為低壓差線性穩壓器，是相對於傳統的線性穩壓器來說的。傳統的線性穩壓器，如78xx係列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出 2v~3V以上，否則就不能正常工作。但是在一些情況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5v轉3.3v,輸入與輸出的壓差隻有1.7v，顯然是不滿足條件 的。針對這種情況，才有了LDO類的電源轉換芯片。