详细讲解线性稳压电源工作原理

贸泽电子设计圈 2019-12-16 08:00

TI MCU方案：能源基础设施实时控制 【应用手册】TI 全新MCU及C29内核的能源设施应用方案

根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。此外，还有一种使用稳压管的小电源。

这里说的线性稳压电源是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。调整管工作在线性状态下，可以这么来理解：RW是连续可变的，亦即是线性的。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开（电阻很小）、关（电阻很大）两种状态下的。工作在开关状态下的管子显然不是线性状态。

线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低、反应速度快、输出纹波较小、工作产生的噪声低、效率较低（现在经常提到的LDO就是为了解决效率问题而出现的）、发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。

工作原理：我们先用下图来说明线性稳压电源调节电压的原理。

图1

如上图所示，可变电阻RW跟负载电阻RL组成一个分压电路，输出电压为：

Uo=Ui×RL/（RW+RL）

因此通过调节RW的大小，即可改变输出电压的大小。请注意，在这个式子里，如果我们只看可调电阻RW的值变化，Uo的输出并不是线性的，但如果把RW和RL一起看，则是线性的。还要注意，我们这个图并没有将RW的引出端画成连到左边，而是画在右边。虽然这从公式上看并没有什么区别，但画在右边，却正好反映了“采样”和“反馈”的概念。实际中的电源绝大部分都是工作在采样和反馈的模式下的，使用前馈方法很少，或是用了，也只是辅助方法而已。

如果我们用一个三极管或者场效应管来代替图中的可变阻器，并通过检测输出电压的大小，来控制这个“变阻器”阻值的大小，使输出电压保持恒定，这样我们就实现了稳压的目的。这个三极管或者场效应管是用来调整电压输出大小的，所以叫做调整管。

像图1所示，由于调整管串联在电源跟负载之间，所以叫做串联型稳压电源。相应的还有并联型稳压电源，就是将调整管跟负载并联来调节输出电压，典型的基准稳压器TL431就是一种并联型稳压器。所谓并联的意思，就是像图2中的稳压管那样，通过分流来保证衰减放大管射极电压的“稳定”。也许这个图并不能让你一下子看出它是“并联”的，但细心一看，确实如此。不过，这里还要注意一下：此处的稳压管是利用它的非线性区工作的。因此，如果认为它是一个电源，它也是一个非线性电源。

由于调整管相当于一个电阻，电流流过电阻时会发热，所以工作在线性状态下的调整管，一般会产生大量的热，导致效率不高。这是线性稳压电源的一个最主要的一个缺点。

一般来说，线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成。另外还可能包括其它部分（例如保护电路，启动电路等）。下图是一个比较简单的线性稳压电源原理图（示意图省略了滤波电容等元件）。取样电阻通过取样输出电压，并与参考电压比较，比较结果由误差放大电路放大后，控制调整管的导通程度，使输出电压保持稳定。

图2

常用的线性串联型稳压电源芯片有：

78XX系列（正电压型）、79XX系列（负电压型）；

（实际产品中，XX用数字表示，XX是多少，输出电压就是多少。例如7805，输出电压为5V）。

LM317（可调正电压型）、LM337（可调负电压型）、1117（低压差型，有多种型号，用尾数表示电压值。例如1117-3.3为3.3V，1117-ADJ为可调型）。

本文转载自：21IC

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