線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器

此前的芝識課堂曾多次提及線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器，下面為大家詳細介紹其原理及功能。線性穩(wěn)壓器的輸入電壓大于輸出電壓，它通過內(nèi)部調(diào)整元件（如晶體管）的阻抗變化，來處理輸入電壓與輸出電壓之間的差值，也就是壓差。形象地說，線性穩(wěn)壓器就像是一位精準的 “電壓調(diào)控師”，當面對過高的輸入電壓時，它會果斷 “出手”，將超出目標輸出值的電壓 “切斷”，從而確保輸出電壓始終恒定。而被 “削峰” 的這部分電壓，終會以熱量的形式釋放，以此使輸出電壓保持穩(wěn)定。

從電路配置方面來看，線性穩(wěn)壓器中典型的串聯(lián)穩(wěn)壓器采用誤差放大器、參考電壓源和調(diào)整晶體管構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測并修正輸出電壓。線性穩(wěn)壓器主要包括三端穩(wěn)壓器和 LDO 穩(wěn)壓器。三端穩(wěn)壓器采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，需要較高的輸入 - 輸出電壓差（通?！?V），效率相對較低，適用于中高功率場景；而 LDO 穩(wěn)壓器則優(yōu)化了壓差（可低至 0.1V），適合輸入 - 輸出電壓接近的場合，如電池供電設(shè)備，但在使用時需特別注意散熱設(shè)計。

開關(guān)穩(wěn)壓器則是通過控制功率開關(guān)管（如 MOSFET）的導通與關(guān)斷時間來調(diào)節(jié)能量傳輸?shù)恼伎毡?，終利用電感 / 電容儲能濾波，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的平均輸出電壓。其特點為 “斬波式” 穩(wěn)壓，即輸入電壓被高頻斬波，通過調(diào)整開關(guān)占空比來控制能量傳輸，因此效率顯著高于線性穩(wěn)壓器。開關(guān)穩(wěn)壓器的拓撲結(jié)構(gòu)包含 Buck（降壓）、Boost（升壓）等類型，支持寬輸入電壓范圍，適用于高功率或輸入波動大的場景。

在實際應用中，我們可以根據(jù)具體需求選擇不同類型的穩(wěn)壓器。當需要低噪聲、簡單電路時，可選擇線性穩(wěn)壓器；而當追求高效、大功率時，則應選擇開關(guān)穩(wěn)壓器。

串聯(lián)穩(wěn)壓器

串聯(lián)穩(wěn)壓器位于電源與負載之間，猶如一位精準的 “電壓調(diào)節(jié)衛(wèi)士”。其工作原理是依據(jù)輸入電壓或輸出電流的變化情況，靈活調(diào)整可變電阻阻值，從而確保輸出電壓始終穩(wěn)定在設(shè)定值。在現(xiàn)代電子技術(shù)中，串聯(lián)穩(wěn)壓器 IC 采用 MOSFET 或雙極結(jié)型晶體管（BJT）等有源器件，巧妙地替代了傳統(tǒng)的可變電阻，這不僅提升了穩(wěn)壓器的性能，還極大地增強了其可靠性。

串聯(lián)穩(wěn)壓器的電路配置精巧嚴謹，主要由以下四個部分構(gòu)成：

• 輸出晶體管：串聯(lián)在串聯(lián)穩(wěn)壓器的輸入與輸出引腳之間，宛如一座橋梁連接上下游。當輸入電壓或輸出電流發(fā)生波動時，誤差放大器發(fā)出的信號會精準控制其柵極電壓或基極電流。
• 參考電壓源：作為誤差放大器的基準參照，參考電壓源意義非同小可。誤差放大器正是依據(jù)這個穩(wěn)定的參考電壓對輸出晶體管的柵極或基極進行調(diào)控，以此來保證輸出電壓的穩(wěn)定。
• 反饋電阻：負責對輸出電壓進行分壓處理，從而產(chǎn)生反饋電壓。誤差放大器通過對比反饋電壓與參考電壓，實現(xiàn)對輸出電壓的精準控制。這兩個反饋電阻串聯(lián)在 VOUT 和 GND 引腳之間，其中間點電壓會被施加到誤差放大器。
• 誤差放大器：它如同串聯(lián)穩(wěn)壓器的 “智慧大腦”，會仔細比較反饋電壓（即兩個反饋電阻中點的電壓）與參考電壓。當反饋電壓低于參考電壓時，誤差放大器會增強 MOSFET 的驅(qū)動力，降低漏源電壓，以提升輸出電壓；反之，當反饋電壓高于參考電壓時，則會減弱 MOSFET 的驅(qū)動力，增加漏源電壓，進而降低輸出電壓。
  

  

  
  圖 4. 串聯(lián)穩(wěn)壓器電路配置

東芝 TCR3U 系列就是一種出色的 LDO 穩(wěn)壓器。它大幅降低了現(xiàn)有產(chǎn)品空載時的偏置電流，其電路配置可避免在輸入電壓降至預設(shè)輸出電壓以下時，偏置電流突然上升。該系列雖然電流消耗低，但卻有著不俗的負載瞬態(tài)響應性能，能夠穩(wěn)定應對運行中輸出電流的突變。