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什么是線性電壓穩(wěn)壓器

發(fā)布時間:[ 2022-01-18 01:58:29]

線性電壓調(diào)節(jié)器(Linear regulator),又稱線性穩(wěn)壓器、線性調(diào)節(jié)器,是一種常見的7805、7812等元件,其功能是保持電壓穩(wěn)定。由于負(fù)載和輸入電壓的變化,穩(wěn)壓器的電阻將保持輸出電壓穩(wěn)定。其動作,特別是不斷自動調(diào)節(jié)電阻值的可變電阻,使其與負(fù)載得到的分壓保持固定,而由于輸出和輸入電壓差而產(chǎn)生的額外能量以加熱的形式消散。開關(guān)式穩(wěn)壓器在導(dǎo)通/斷開之間不斷高速切換,使輸出平均值保持在所需電壓值。輸入線性穩(wěn)壓器的電壓必須高于輸出電壓,以便穩(wěn)壓器能夠降低電壓,從而實現(xiàn)輸出穩(wěn)定,因此效率有限。

線性穩(wěn)壓器可放置在電源和負(fù)載之間(串聯(lián)穩(wěn)壓器)或與負(fù)載并聯(lián)(并聯(lián)穩(wěn)壓器)。簡單的線性穩(wěn)壓器只能包括齊納二極管和串聯(lián)電阻器;更復(fù)雜的線性穩(wěn)壓器包括多個部件:參考電壓、誤差放大器和功率傳輸元件。由于線性穩(wěn)壓器被廣泛使用,它主要被制成集成電路,但也可以由固態(tài)電子設(shè)備或真空管等分離元件組成。

通過晶體管(或其他設(shè)備)調(diào)整流過負(fù)載的電流,負(fù)載獲得的電壓為穩(wěn)壓器的輸出電壓。通過比較輸出電壓和穩(wěn)壓器內(nèi)部的參考電壓,產(chǎn)生的差信號用于控制晶體管,形成負(fù)反饋電路。通過適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償,輸出電壓可以調(diào)整到目標(biāo)電壓,不受輸入電壓或負(fù)載變化的影響,并保持合理的穩(wěn)定性。

當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓值時,線性穩(wěn)壓器必須穩(wěn)定到目標(biāo)電壓。較小電壓稱為壓降電壓、下壓降和電壓差(dropout)。例如,常用的7805是將輸出保持在5V,但輸入必須保持在7V否則,輸出將低于目標(biāo)電壓5V因此,其壓降電壓為7V-5V=2V。由于壓差的存在,線性穩(wěn)壓器的效率大多很低:因為其原理是消耗超過穩(wěn)定電壓下負(fù)載所需的能量,并以散熱的形式消耗在晶體管中。晶體管加熱造成的功率損失是電流乘以晶體管兩端的壓降。

如果輸出要求為2,這個問題在低輸出電壓下尤為嚴(yán)重V,壓降電壓為2V,效率必須在2V/(2V 2V)=在實際應(yīng)用中,如此低的效率大多是不可接受的。在這種情況下,需要使用低壓差穩(wěn)壓器(LDO),其壓降電壓特別低,一般為300mV(0.3V)或者以下,這種情況經(jīng)常發(fā)生在微處理器的電源中。這就是為什么幾乎所有低輸出電壓的線性穩(wěn)壓IC都是低壓差穩(wěn)壓器。

開關(guān)電源可以更有效地實現(xiàn)相同的功能,但成本較高,具有開關(guān)噪聲。線性調(diào)節(jié)器在輕負(fù)荷、高輸出電壓或接近電源電壓的情況下,效率也很好,可能是一個合適的選擇。線性調(diào)節(jié)器的優(yōu)點是:不需要磁性設(shè)備(電感器或變壓器),磁性設(shè)備可能相對昂貴或占用空間;設(shè)計更簡單,噪音更低。一些線性調(diào)節(jié)器只適用于晶體管、二極管和電阻器,更容易制造到集成電路中,進(jìn)一步降低其質(zhì)量PCB占地面積和成本。

線性調(diào)節(jié)器有串聯(lián)調(diào)節(jié)器和并聯(lián)調(diào)節(jié)器兩種基本形式。

串聯(lián)調(diào)節(jié)器:更常用的形式。串聯(lián)調(diào)節(jié)器通過提供從電源電壓到負(fù)載的可變電阻路徑(主晶體管在分壓器的上半部分)運(yùn)行。調(diào)節(jié)器消耗的功率等于電源輸出電路乘以調(diào)節(jié)器中的壓降。

并聯(lián)調(diào)節(jié)器:通過提供從電源電壓到地面的可變電阻路徑(主晶體管在分壓器的下半部分)運(yùn)行。將流經(jīng)并聯(lián)調(diào)節(jié)器的電流從負(fù)載轉(zhuǎn)移到接地,無用地流向接地,使其比串聯(lián)調(diào)節(jié)器更低效。然而,這種形式更簡單,有時僅由參考電壓二極管組成;用于低功率電路,電流消耗很小,可以忽略不計。這種形式通常用于電壓參考電路。

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