今天給大家分享的是：穩壓電路。

一、什么是穩壓電路？

穩壓電路

穩壓器是一種?用于調節電壓的電路?。 穩壓電壓是?平滑的電壓供應?，沒有任何噪音或干擾。?穩壓器的輸出與負載電流、溫度和交流線路變化無關?。 幾乎所有電子產品或家用電器（如電視、冰箱、電腦等）中都有穩壓器，以穩定電源電壓。

基本上，穩壓器可最大限度地減少電壓變化以保護設備。 在配電系統中，電壓調節器位于饋線或變電站。 該線路使用的穩壓器有兩種，一種是?步進穩壓器?，其中開關調節電流供應。 另一種是?感應調節器?，它是一種類似于感應電動機的交流電機，作為二次電源提供電力，最大限度地減少電壓變化并提供穩定的輸出。

這里有?一個穩壓電路的典型示例?：如果你的設備需要5V，但你只有一個9V的電池。 穩壓器可以將9V作為輸入并產生穩定的5V輸出，你就可以使用該輸出為設備供電。

穩壓電路的典型示例

或者，如果你構建的電路需要不同的電壓電平，假設你有一個電路，其微控制器需要 5V，電機需要 12V。 你可以只使用一個12V電源，添加一個穩壓器為微控制器提供5V電壓，而不是使用2個電源。

二、如何連接穩壓器

一般情況下，都?需要將一些額外的組件連接到穩壓器，這樣可以讓輸出更穩定一點?。 通常會添加1-2個電容，但具體還是取決于你的選擇哪個穩壓器，你在Datasheet中可以找到如何連接特定穩壓器的信息。

（如果想查詢元器件信息，查看下載Datasheet，可以點擊以下鏈接：采芯網FindIC-電子元器件查詢,datasheet下載,電子元器件搜索引擎）

例如：普通的電壓調節器7805，提供5V輸出，從7805 數據表中，可以找到你需要的2個電容的示例電路：

下面為：具有 5V 輸出的穩壓器

具有 5V 輸出的穩壓器

三、穩壓電路的工作原理

穩壓電路主要分為三大類：

1、線性穩壓電路

串聯穩壓器

分流穩壓器

2、齊納穩壓電路

3、開關線性穩壓電路

降壓型

升壓型

降壓/升壓型

1、線性穩壓電路的工作原理

1）串聯穩壓器

串聯電壓調節器是線性電壓調節器的一部分，也稱為串聯調節器。 串聯的可變元件，用于保持輸出電壓恒定。?當改變串聯元件的電阻時，它兩端的電壓降會發生變化，以確保輸出兩端的電壓恒定。

串聯穩壓器

如下圖，串聯穩壓器的電路圖，NPN 晶體管T1 是串聯元件，齊納二極管用于提供參考電壓。

串聯穩壓器

線性穩壓電路的工作原理?：

當輸出電壓增加時，基極-發射極電壓降低，因為晶體管 T1 導通減少。 由于 T1 傳導較少，它會降低輸出電壓，從而保持輸出電壓恒定。

當輸出電壓降低時，基極-發射極電壓升高，因為晶體管 T1 導通更多。 隨著 T1 傳導更多，它會增加輸出電壓，從而保持輸出電壓恒定。

輸出電壓定義為：

V O = V Z - V BE

VO是輸出電壓

VZ是齊納擊穿電壓

VBE是基射極電壓

2）分流穩壓器

分流穩壓器

未穩壓電壓與串聯電阻兩端的電壓降成正比，該電壓降取決于負載消耗的電流。 如果負載的電流消耗增加，基極電流也將減少?，并且由于這個原因，較少的集電極電流將流過集電極發射極端子，因此通過負載的電流將增加，反之亦然。

并聯穩壓器的穩壓輸出電壓定義為：

V 輸出 = V Z + V BE

3）線性穩壓電路優缺點

串聯穩壓器和分流穩壓器是電子產品中?最常用的穩壓器，用于保持穩定的輸出電壓?。 線性穩壓器的作用類似于分壓器電路。 在該穩壓器中，電阻隨負載變化而變化，并提供恒定的輸出電壓。 下面給出線性穩壓器的一些優點和缺點：

（1）優點

輸出紋波電壓低

響應速度快

噪音小

（2）缺點

效率低下

需要大空間

輸出電壓總是小于輸入電壓

2、齊納穩壓器

齊納穩壓器更便宜，只適用于?低功率電路?。 可用于調節期間浪費的功率量不是主要問題的應用。

一個電阻與齊納二極管串聯，以限制流過二極管的電流量， 輸入電壓 Vin（必須大于齊納電壓）。

如下圖所示跨接在輸出電壓 Vout 上，跨過齊納二極管，Vout = Vz（齊納電壓）。 正如我們所知，當施加的電壓高于齊納二極管的擊穿電壓時，齊納二極管開始反向導通。 因此，當它開始導通時，它會在其兩端保持相同的電壓并回流額外的電流，從而提供穩定的輸出電壓。

齊納穩壓器

3、開關穩壓器

開關穩壓器可以是?降壓轉換器、升壓轉換器或兩者的組合?，比線性穩壓器更通用。

開關穩壓器的優點包括它們?效率高、熱性能更好?，并且可以支?持更高電流和更寬的 V IN / V OUT應用。?根據應用要求，它們可以?實現 95% 以上的效率?。 與線性穩壓器不同，開關電源系統可能?需要額外的外部元件?，例如電感、電容、FET 或反饋電阻。

開關穩壓器分為三種類型：

降壓開關穩壓器

升壓開關穩壓器

降壓/升壓開關穩壓器

1）降壓或降壓開關穩壓器

下面是?降壓轉換器的基本概念?：

降壓轉換器

要了解降壓開關穩壓器的工作原理，就必須要了解電感的工作原理。

當按下開關時，電流從電池流入電感、電容和負載。 電感和電容都被充電。 當開關釋放時，電感和電容中存儲的能量為負載提供電流。

在實際應用中，通常都用晶體管代替開關，并且有一種傳感機制可以檢查輸出電壓并更快或者更難打開和關閉晶體管。

降壓開關穩壓器用于降低輸出端的電壓，甚至可以用分壓電路來降低輸出電壓，但分壓電路的效率很低，因為電阻會以熱量的形式耗散能量。

通常在電路中使用?電容、二極管、電感和開關?。?降壓開關穩壓器的電路圖如下：

降壓開關穩壓器的電路圖

當開關導通時，二極管保持反向偏置，電源連接到電感?。 當開關打開時，電感的極性反轉，二極管變為正向偏置并將電感接地，然后通過電感的電流隨斜率減小：

d I L / dt = （0-V 輸出 ） / L

電容用于防止負載兩端的電壓降至零。 如果我們繼續打開和關閉開關，負載兩端的平均電壓將小于提供的輸入電壓，你可以通過改變開關設備的占空比來控制輸出電壓。

輸出電壓 =（輸入電壓）*（開關打開的時間百分比）

2）升壓開關穩壓器

升壓穩壓器用于?升高負載兩端的電壓?，升壓穩壓器電路圖如下：

當開關閉合時，二極管表現為反向偏置，電感上的電流不斷增加?。 現在，當開關打開時，電感會產生一個力，使電流繼續流動，電容開始充電。?通過連續打開和關閉開關，我們將在負載上接收到高于輸入電壓的電壓。 我們可以通過控制開關的導通（Ton）時間來控制輸出電壓。

輸出電壓 = 輸入電壓 / 開關打開的時間百分比

3）降壓-升壓開關穩壓器

降壓-升壓開關穩壓器是降壓和升壓穩壓器的組合，它提供可以大于或小于所提供輸入電壓的反相輸出。

當開關打開時，二極管表現為反向偏置，電感存儲能量，當開關關閉時，電感開始釋放具有反極性的能量，從而為電容充電。 當電感中存儲的能量變為零時，電容開始以反極性向負載放電。 由于這種升降壓穩壓器也稱為?反相穩壓器?。

輸出電壓定義為：

Vout = Vin (D / 1-D)，其中，D 是占空比

因此，如果占空比低，則調節器表現為降壓調節器，而當占空比高時，調節器表現為升壓調節器。

三、穩壓器電路設計

1、線性穩壓器設計

1）簡單線性穩壓器

設計線性穩壓器的方法有很多，下面這個電路可能是最簡單的之一：

線性穩壓器設計

輸出?：始終是?二極管的齊納電壓減去晶體管的 V BE電壓?。 V BE通常在0.6V到0.7V左右。 因此，使用 5.6V 齊納二極管，獲得大約 5V 的輸出電壓。

如果輸出電壓超過 5V，則意味著 V BE變低。 這將使晶體管降低電流，從而使電壓再次下降。 如果輸出低于 5V，則會發生相反的情況。

2）正線性穩壓電路

下面用?7850集成電路設計了一個正線性穩壓電路?。 該 IC 具有提供 5 伏穩壓電源的所有電路。 輸入電壓應至少比額定值高出 2v，如 LM7805，我們至少應提供 7v。

正線性穩壓電路

未調節的輸入電壓提供給 IC，我們在輸出端獲得調節電壓。?78代表正號，05代表穩壓輸出電壓值。 如上圖，為 7805IC 提供 9V 電壓并在輸出端調節 +5V。?電容C1、C2起濾波作用。

正線性穩壓電路

3）輸出可調的LM317電路

下面這個示例是?具有可調輸出電壓的 LM317?。

輸出可調的LM317電路

4）MP2018 等線性穩壓器

MP2018 等線性穩壓器僅需要一個輸入和輸出電容即可運行?（如下圖）?。 簡單又可靠，通常會被應用在直觀和簡單的設備中，而且成本會比較低。

MP2018 線性穩壓器

2、齊納穩壓電路-5.1V 齊納二極管

下面這個案例為：使用 5.1V 齊納二極管的齊納穩壓器。

5.1V 齊納二極管的齊納穩壓器

齊納二極管用作?傳感元件?。 當電源電壓超過其擊穿電壓時，它開始反向導通并在其兩端保持相同的電壓并回流額外的電流，從而提供穩定的輸出電壓。 在這個電路中，我們提供 9V 的輸入電壓并獲得近 5.1 的穩壓輸出電壓。

齊納穩壓電路-5.1V 齊納二極管

3、開關穩壓器

1）HF920開關穩壓器

HF920 是提供高可靠性和高效電源調節的開關穩壓器，如下圖所示：

HF920 開關穩壓器

2）MPQ4430-AEC1 降壓穩壓器

開關穩壓器有利于更通用的應用，尤其適用于需要效率和性能的應用?，例如消費、工業、企業和汽車應用?（如下圖）?。 例如，如果應用需要大型降壓解決方案，則開關穩壓器更適合，因為線性穩壓器會產生高功率耗散，從而損壞其他電子元件。

下圖為：MPQ4430-AEC1 降壓穩壓器

MPQ4430-AEC1 降壓穩壓器

　　審核編輯：湯梓紅