歡迎來(lái)到芝識(shí)課堂！上篇我們了解了電子系統(tǒng)對(duì)LDO穩(wěn)壓器的要求，以及優(yōu)化電源布局的解決方案和板上供電的關(guān)鍵設(shè)計(jì)原則。在本篇中，您將進(jìn)一步了解幾種穩(wěn)壓器的工作原理、功能和電路配置。

1線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器

之前的芝識(shí)課堂曾多次提到線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，這里進(jìn)一步為您介紹一下其原理及功能。

線性穩(wěn)壓器的輸入電壓大于輸出電壓，通過(guò)內(nèi)部調(diào)整元件（如晶體管）的阻抗變化，處理輸入電壓與輸出電壓之間的差值，也就是壓差。

線性穩(wěn)壓器就像是一位精準(zhǔn)的“電壓調(diào)控師”，面對(duì)過(guò)高輸入電壓時(shí)會(huì)果斷“出手”，將超出目標(biāo)輸出值的電壓“切斷”，確保輸出電壓始終恒定。而被“削峰”的這部分電壓，最終會(huì)以熱量形式釋放，使輸出電壓保持穩(wěn)定。

電路配置方面，線性穩(wěn)壓器中典型串聯(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)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并修正輸出電壓。

圖1. 線性穩(wěn)壓器與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器工作原理

線性穩(wěn)壓器主要包括三端穩(wěn)壓器和LDO穩(wěn)壓器。前者采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，需較高輸入-輸出電壓差（通?！?V），效率較低，適用于中高功率場(chǎng)景；后者優(yōu)化了壓差（可低至0.1V），適合輸入-輸出電壓接近的場(chǎng)合（如電池供電設(shè)備），但需注意散熱設(shè)計(jì)。圖1是線性穩(wěn)壓器與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器工作原理。

再來(lái)看開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器是通過(guò)控制功率開(kāi)關(guān)管（如MOSFET）的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間調(diào)節(jié)能量傳輸?shù)恼伎毡龋罱K利用電感/電容儲(chǔ)能濾波，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的平均輸出電壓。

其核心特點(diǎn)為“斬波式”穩(wěn)壓：輸入電壓被高頻斬波，通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)占空比控制能量傳輸，效率顯著高于線性穩(wěn)壓器。

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含：Buck（降壓）、Boost（升壓）等類(lèi)型，支持寬輸入電壓范圍，適用于高功率或輸入波動(dòng)大的場(chǎng)景。

圖2給出了線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器對(duì)比，您可根據(jù)具體需求選擇不同類(lèi)型的穩(wěn)壓器：需要低噪聲、簡(jiǎn)單電路時(shí)選擇線性穩(wěn)壓器；追求高效、大功率時(shí)選擇開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。

圖2. 線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器對(duì)比

2串聯(lián)穩(wěn)壓器

串聯(lián)穩(wěn)壓器位于電源與負(fù)載之間，猶如一位精準(zhǔn)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，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，極大提升了穩(wěn)壓器的性能與可靠性。

圖3. 用MOSFET或BJT等有源器件取代可變電阻的串聯(lián)穩(wěn)壓器

串聯(lián)穩(wěn)壓器的電路配置精巧嚴(yán)謹(jǐn)，主要由以下四個(gè)核心部分構(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(dāng)輸入電壓或輸出電流發(fā)生波動(dòng)時(shí)，誤差放大器發(fā)出的信號(hào)會(huì)精準(zhǔn)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(zhǔn)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(gè)穩(wěn)定的參考電壓對(duì)輸出晶體管的柵極或基極的精確調(diào)控，來(lái)保證輸出電壓的穩(wěn)定。

●反饋電阻：負(fù)責(zé)對(duì)輸出電壓進(jìn)行分壓處理，從而產(chǎn)生反饋電壓。誤差放大器通過(guò)對(duì)比反饋電壓與參考電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精準(zhǔn)控制。這兩個(gè)反饋電阻串聯(lián)在VOUT和GND引腳之間，其中間點(diǎn)電壓會(huì)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”，仔細(xì)比較反饋電壓（即兩個(gè)反饋電阻中點(diǎn)的電壓）與參考電壓。當(dāng)反饋電壓低于參考電壓時(shí)，誤差放大器會(huì)增強(qiáng)MOSFET驅(qū)動(dòng)力，降低漏源電壓，以提升輸出電壓；反之，當(dāng)反饋電壓高于參考電壓時(shí)，則會(huì)減弱MOSFET的驅(qū)動(dòng)力，增加漏源電壓，進(jìn)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(shí)的偏置電流。其電路配置可免輸入電壓降至預(yù)設(shè)輸出電壓以下時(shí)，偏置電流突然上升。該系列雖電流消耗低，卻有著不俗的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)性能，能夠穩(wěn)定應(yīng)對(duì)運(yùn)行中輸出電流突變。

本篇我們進(jìn)一步了解了幾種穩(wěn)壓器的工作原理、功能和電路配置，下篇我們將為您解析線性穩(wěn)壓器的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制，以及三端穩(wěn)壓器與LDO穩(wěn)壓器的區(qū)別。

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