開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源和線(xiàn)性穩(wěn)壓電源的詳細(xì)概述

通常電源設(shè)計(jì)電路，分為線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)電源，其中線(xiàn)性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管工作在線(xiàn)性狀態(tài)下的穩(wěn)壓電源。而在開(kāi)關(guān)電源中則不一樣，開(kāi)關(guān)管(在開(kāi)關(guān)電源中，我們一般把調(diào)整管叫做開(kāi)關(guān)管)是工作在開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)下的：開(kāi)——電阻很小;關(guān)——電阻很大。

開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源的工作原理。如圖所示，電路由開(kāi)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(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源通過(guò)開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)，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(xiàn)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(kāi)關(guān)閉合跟斷開(kāi)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(kāi)、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(kāi)關(guān)閉合期間，電感存儲(chǔ)能量;在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)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(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)K由三極管或場(chǎng)效應(yīng)管代替。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電流很小;當(dāng)開(kāi)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(kāi)關(guān)電源效率高的原因。

看過(guò)完兩個(gè)關(guān)于電源的FAQ后，大家可能對(duì)電源的效率計(jì)算還不了解。在后面的FAQ中，我們將專(zhuān)門(mén)給大家介紹。

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

線(xiàn)性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類(lèi)直流穩(wěn)壓電源。線(xiàn)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，輸出紋波較小;工作產(chǎn)生的噪聲低;效率較低(現(xiàn)在經(jīng)?？吹腖DO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(xiàn)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(xiàn)性的，但如果把RW和RL一起看，則是線(xiàn)性的。還要注意，我們這個(gè)圖并沒(méi)有將RW的引出端畫(huà)成連到左邊，而畫(huà)在右邊。雖然這從公式上看并沒(méi)有什么區(qū)別，但畫(huà)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)性穩(wěn)壓電源，請(qǐng)參看模擬電子線(xiàn)路教科書(shū)。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。