稳压器种类及工作原理

　　　稳压器如何工作？

　　稳压器是一种电路，它产生并保持固定的输出电压，而与输入电压或负载条件的变化无关。

　　稳压器 (VR) 将来自电源的电压保持在与其他电气组件兼容的范围内。虽然稳压器最常用于 DC/DC 电源转换，但有些也可以执行 AC/AC 或 AC/DC 电源转换。本文将重点介绍 DC/DC 稳压器。

　　　稳压器的类型：线性与开关

　　稳压器有两种主要类型：线性和开关。这两种类型都可以调节系统的电压，但线性稳压器以低效率运行，而开关稳压器以高效率运行。在高效率开关稳压器中，大部分输入功率无耗散地传输到输出端。

　　线性稳压器

　　线性稳压器采用有源传输器件（例如 BJT 或 MOSFET），由高增益运算放大器控制。为了保持恒定的输出电压，线性稳压器通过将内部电压参考与采样的输出电压进行比较来调整通过器件的电阻，然后将误差驱动为零。

　　线性稳压器是降压转换器，因此根据定义，输出电压始终低于输入电压。然而，这些稳压器具有一些优点：它们通常易于设计、可靠、具有成本效益，并且提供低噪声和低输出电压纹波。

　　线性稳压器，只需要一个输入和输出电容器即可工作（见图 1）。它们的简单性和可靠性使它们对工程师来说是直观和简单的设备，并且通常具有很高的成本效益。

　　图 1：线性稳压器

　　　开关稳压器

　　开关稳压器电路的设计通常比线性稳压器更复杂，并且需要选择外部元件值、调整控制环路以实现稳定性以及仔细的布局设计。

　　开关稳压器可以是降压转换器、升压转换器或两者的组合，这使得它们比线性稳压器更通用。

　　开关稳压器的优点包括效率高、热性能更好，并且可以支持更高电流和更宽的 VIN/VOUT 应用。根据应用要求，它们可以实现超过 95% 的效率。与线性稳压器不同，开关电源系统可能需要额外的外部组件，例如电感器、电容器、FET 或反馈电阻器。HF920 是提供高可靠性和高效功率调节的开关稳压器示例（参见图 2）。

　　　稳压器的局限性

　　线性稳压器的主要缺点之一是效率低下，因为它们在某些用例中会消耗大量功率。线性稳压器的电压降与电阻器两端的电压降相当。例如，输入电压为 5V，输出电压为 3V，端子之间有 2V 的压降，效率被限制在 3V/5V (60%)。这意味着线性稳压器最适合具有较低 VIN/VOUT 差值的应用。

　　在应用中考虑线性稳压器的估计功耗很重要，因为使用较大的输入电压会导致高功耗，从而导致过热和损坏组件。

　　线性稳压器的另一个限制是它们只能进行降压（降压）转换，而开关稳压器也提供升压（升压）和降压-升压转换。

　　开关稳压器的效率很高，但也有一些缺点，包括它们的成本效益通常低于线性稳压器、尺寸更大、更复杂，并且如果不仔细选择外部元件会产生更多噪声。噪声对于给定的应用可能非常重要，因为噪声会影响电路操作和性能，以及 EMI 性能。

　　开关稳压器拓扑：降压、升压、线性、LDO 和可调

　　线性和开关稳压器有多种拓扑结构。线性稳压器通常依赖低压差 (LDO) 拓扑。对于开关稳压器，有三种常见的拓扑结构：降压转换器、升压转换器和升降压转换器。每种拓扑描述如下：