開關(guān)穩(wěn)壓電源和線性穩(wěn)壓電源的區(qū)別

開關(guān)穩(wěn)壓電源和線性穩(wěn)壓電源的區(qū)別依據(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??；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，我們來簡潔的說說降壓型開關(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(yīng)管），續(xù)流二極管D，儲能電感L，濾波電容C等構(gòu)成。當(dāng)開關(guān)閉合時，電源通過開關(guān)K、電感L給負(fù)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，即輸出不能立即達到電源電壓值?？隙〞r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，即從左往右連續(xù)流。這電流流過負(fù)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。通過掌握開關(guān)閉合跟斷開的時間（即PWM——脈沖寬度調(diào)制），就可以掌握輸出電壓。假如通過檢測輸出電壓來掌握開、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(fù)責(zé)給電感L供應(yīng)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(yīng)管代替。當(dāng)開關(guān)斷開時，電流很小；當(dāng)開關(guān)閉合時，電壓很小，所以發(fā)熱功率UTImes;I就會很小。這就是開關(guān)電源效率高的緣由。

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，我們將特地給大家介紹。

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

依據(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?。魂P(guān)——電阻很大。工作在開關(guān)狀態(tài)下的管子明顯不是線性狀態(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(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)在常?？吹腖DO就是為了解決效率問題而消失的）；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)整電壓的原理。如下圖所示，可變電阻RW跟負(fù)載電阻RL組成一個分壓電路，輸出電壓為：

Uo=UiTImes;RL/（RW+RL），因此通過調(diào)整RW的大小，即可轉(zhuǎn)變輸出電壓的大小。請留意，在這個式子里，假如我們只看可調(diào)電阻RW的值變化，Uo的輸出并不是線性的，但假如把RW和RL一起看，則是線性的。還要留意，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)分，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，也只是幫助方法而已。

讓我們連續(xù)：假如我們用一個三極管或者場效應(yīng)管，來代替圖中的可變阻器，并通過檢測輸出電壓的大小，來掌握這個“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(yīng)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(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)來調(diào)整輸出電壓，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，通過分流來保證衰減放大管射極電壓的“穩(wěn)定”，或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，的確如此。不過，大家在此還要留意一下：此處的穩(wěn)壓管，是利用它的非線性區(qū)工作的，因此，假如認(rèn)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(dāng)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(dǎo)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。想要更具體的了解線性穩(wěn)壓電源，請參看模擬電子線路教科書。這里我們主要是關(guān)心大家理清這些概念以及它們之間的關(guān)系。

圖1

一般來說，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基本部分組成。另外還可能包括一些例如愛護電路，啟動電路等部分。下圖是一個比較簡潔的線性穩(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，掌握調(diào)整管的導(dǎo)通程度，使輸出電壓保持穩(wěn)定。

圖2

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，用尾數(shù)表示電壓值。如1117-3.3為3.3V，1117-ADJ為可調(diào)型）。

1.DCtoDC包括boost（升壓）、buck（降壓）、Boost/buck（升/降壓）和反相結(jié)構(gòu)，具有高效率、高輸出電流、低靜態(tài)電流等特點，隨著集成度的提高，很多新型DC-DC轉(zhuǎn)換器的外圍電路僅需電感和濾波電容；但該類電源掌握器的輸出紋波和開關(guān)噪聲較大、成本相對較高。

2.LDO：低壓差線性穩(wěn)壓器的突出優(yōu)點是具有最低的成本，最低的噪聲和最低的靜態(tài)電流。它的外圍器件也很少，通常只有一兩個旁路電容。新型LDO可達到以下指標(biāo)：30μV輸出噪聲、60dBPSRR、6μA靜態(tài)電流及100mV的壓差。LDO線性穩(wěn)壓器能夠?qū)崿F(xiàn)這些特性的主要緣由在于內(nèi)部調(diào)整管采納了P溝道場效應(yīng)管，而不是通常線性穩(wěn)壓器中的PNP晶體管。P溝道的場效應(yīng)管不需要基極電流驅(qū)動，所以大大降低了器件本身的電源電流；另一方面，在采納PNP管的結(jié)構(gòu)中，為了防止PNP晶體管進入飽和狀態(tài)降低輸出力量，必需保證較大的輸入輸出壓差；而P溝道場效應(yīng)管的壓差大致等于輸出電流與其導(dǎo)通電阻的乘積，微小的導(dǎo)通電阻使其壓差特別低。當(dāng)系統(tǒng)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(zhuǎn)換為3V電壓的應(yīng)用中大多選用LDO，盡管電池最終放電能量的百分之十沒有使用，但是LDO仍舊能夠在低噪聲結(jié)構(gòu)中供應(yīng)較長的電池壽命。

什么是開關(guān)穩(wěn)壓器？

開關(guān)穩(wěn)壓器使用輸出級，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)整是通過依據(jù)輸出電壓的反饋樣原來調(diào)整切換定時來實現(xiàn)的。在固定頻率的穩(wěn)壓器中，通過調(diào)整開關(guān)電壓的脈沖寬度來調(diào)整切換定時？這就是所謂的PWM掌握。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)”由反饋掌握。

依據(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，并且可以用一個穩(wěn)壓器產(chǎn)生多個輸出電壓。在大多數(shù)狀況下，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。

什么是LDO（低壓降）穩(wěn)壓器？

LDO是一種線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器使用在其線性區(qū)域內(nèi)運行的晶體管或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)整的輸出電壓。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最小值。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)壓器可以有一個特別低的壓降電壓，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，其運行模式與正輸出LDO的PNP設(shè)備類似。

更新的進展使用CMOS功率晶體管，它能夠供應(yīng)最低的壓降電壓。使用CMOS，通過穩(wěn)壓器的唯一電壓壓降是電源設(shè)備負(fù)載電流的ON電阻造成的。假如負(fù)載較小，這種方式產(chǎn)生的壓降只有幾十毫伏。

線性穩(wěn)壓器與開關(guān)穩(wěn)壓器的比較如何？

線性電壓穩(wěn)壓器開關(guān)電壓穩(wěn)壓器

優(yōu)點：優(yōu)點：

簡潔

輸出紋波電壓低

精彩的line和負(fù)載穩(wěn)壓

對負(fù)載和line的變化響應(yīng)快速

電磁干擾（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?fù)鋵W(xué)結(jié)果可用于傳遞單個或多個輸出電壓，大于或小于生成的輸出電壓

缺點：缺點：

效率低

假如需要冷卻設(shè)備，則要求較大的空間

輸出紋波電壓高

瞬時恢復(fù)時間較慢

產(chǎn)生電磁干擾（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肯定的范圍。

DCtoDC是電壓轉(zhuǎn)換，有升壓、降壓等，一般升壓電路的輸出電流不行能做大，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(wǎng)站查，數(shù)據(jù)多數(shù)是英文的。其他公司的用得不多，不好說。

DC-DC，其實內(nèi)部是先把DC直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)闇贤婋娫碅C。通常是一種自激震蕩電路，所以外面需要電感等分立元件。

然后在輸出端再通過積分濾波，又回到DC電源。由于產(chǎn)生AC電源，所以可以很輕松的進行升壓跟降壓。兩次轉(zhuǎn)換，必定會產(chǎn)生損耗，這就是大家都在努力討論的如何提高DC-DC效率的問題。

LDO是lowdropoutregulator，意為低壓差線性穩(wěn)壓器