IC 7805 線性模式

線性電源 我們假設大多數讀者已經使用過78xx系列穩壓器，其基本示意圖如圖1所示。

對于 7805，輸出當然固定在 5 V 的電位，輸入必須至少接收 7.5 V 才能正常工作。兩個電容器是去耦電容器，可防止穩壓器可能的振蕩。

C1是“儲能”電容器，用于濾除來自整流器的直流電壓。另一個“儲能”電容通常在輸出端（C2）提供，但容量較小。

這種類型的電源長期以來一直令人滿意，但它有一個主要缺陷：一旦提供給負載的電流超過幾十毫安，穩壓器就會開始顯著升溫。

如果希望為 TO1 封裝提供 220 A的最大允許電流，則必須使用相當大的散熱器。這種耗散的熱量是對我們試圖盡可能限制的能量浪費，尤其是在用電池或蓄電池為原型供電時，以及當人們想要獲得顯著的自主權時。

邁向交換拓撲

很明顯，需要一個開關穩壓器。要訪問它，您可能會驚訝地發現，只需要在之前的電路圖中添加四個組件。您將在圖 2 中找到這種演變。

乍一看，這張圖可能看起來有點令人困惑，但你會發現操作很簡單。需要考慮兩種操作條件：

負載中的電流小于 30 毫安

電流明顯更高。

在第一種情況下，調節器單獨執行工作，互補組件處于非活動狀態。因此，工作為線性模式（圖3a），輸出提供完全連續的5V電壓。在第二種情況下，負載使得消耗的電流大于30

mA。

您應該知道，當基極和發射極之間的電壓約為 1.4 V 時，達林頓晶體管會變得導電。

負載中的30 mA電流也通過電阻R1，因此其兩端出現1.41 V（47歐姆x 30 mA=R1兩端的壓降）的電壓。因此，晶體管通過電感L1傳導并向輸出提供電流。然后將能量傳輸到輸出，為負載供電。輸出電壓將很快超過5 V（圖3b）。

7805 穩壓器可適應這種情況，不再向負載提供電流。因此，R1中不再有電流，R1上不再有電壓，晶體管不再導電。這是波形相位（b）的結束。

我們提醒您，電感器（也稱為“線圈”）可防止通過它的電流的任何快速變化。晶體管不再導電，但由于其性質，電感器反對電流的突然中斷。

它存儲了必須使用的電磁能量。它也被稱為“存儲電感器”或“扼流線圈”。這種能量可以繼續流過新的路徑，因為二極管D1直到現在還沒有發揮作用，它以自動導電的方式放置（圖3c）。

因此，電感器可以繼續向負載提供電流，但它可以釋放的能量很低，輸出電壓會迅速降低。幾十微秒后，它將降至5V以下。因此，仍監控輸出的穩壓器將“恢復服務”并提供必要的電流。循環再次開始，晶體管再次導電，為電感器供電等。

5 V左右的輸出變化很小，約為20 mV。它們可能因調節器制造商而異。周期的精確頻率取決于負載中的電流、穩壓器的特性和電感值。它大約是 30kHz。

性能

為了證明這項技術的興趣，我們測量了該電源輸入和輸出端的電壓和電流，負載電阻為2.35 Ω（表I）。因此，負載中的電流接近2 A。

您可以看到，輸入端供應的能量中約有 80%返回到負載。我們只損失“僅”20%的能量。如果我們使用常規法規，效率將在19%到48%之間。這一次，我們將損失50%到80%的能量，穩壓器消耗的功率將是負載的四倍！

現在您明白了為什么開關穩壓器如今在大多數電子設備中使用。當需要減少設備消耗時，它們是必不可少的。

注意這種電源的特殊性：當輸入電壓增加時，提供給負載的電流減少。這令人驚訝，但完全正常，因為輸入端提供的功率大致相同（P = 電壓 x 電流）。

在“線性”調節中，電流保持恒定（與負載相同），提供的功率變得越來越重要，這解釋了效率的差異。

然而，開關穩壓器不僅具有優勢。開關產生高頻諧波：最好提供連接到地面的金屬外殼，以避免干擾敏感的電子設備。因此，它是一種不適合的技術，例如音頻前置放大器。

IC 7805 開關穩壓器電路

最終原理圖如圖4所示。我們增加了一個整流橋，以便您可以直接使用來自變壓器次級的電壓。該電路非常簡單，可以進行所有類型的蝕刻。在直接蝕刻的情況下，請注意軌道的寬度，不應太薄。

電感沒有臨界值。我們使用的是一個220 uH的自給，最大電流為5 A，來自電子擴散。您可以使用 150 uH 到 800 uH之間的值，只是效率可能略有不同。磁芯和漆包線的尺寸必須為幾安培的電流。

晶體管必須是達林頓。我們選擇的BDX34A是大電流晶體管。D1是肖特基二極管，具有非常低的壓降和出色的開關特性。如果使用簡單的整流二極管，電路將正常工作，但二極管的發熱會很大，效率會顯著降低。

7805 可以是 78L05 塑料封裝 TO-92（如我們的原型機）或 7805 封裝 TO-220。在這兩種情況下，性能將保持不變。

我們使用的TO-220小型散熱器適用于在高達2 A的負載下消耗的電流。

除此之外，對于連續運行，有必要調整其大小。請注意，使用適應性良好的散熱器，該板可以提供 5 A 的電流。

如何使用

將電路板連接到 9 V 至 24 V RMS 之間的交流電壓，并在沒有任何負載的情況下測量輸出電壓。您應該在 4.75 V 和 5.25 V之間。如果沒有，請仔細檢查穩壓器的方向和R1的值。

然后，您可以將負載連接到輸出，例如簡單的47 Ω / 1W電阻。輸送的電流足以使開關處于活動狀態。如果您仍然測量與負載不存在時相同的輸出電壓，則一切正常。否則，請檢查晶體管和二極管D1的方向。

如果您有示波器，則可以觀察晶體管集電極上的斬波電壓。然后，您可以可視化流過負載的電流對開關頻率的影響。

結論

總而言之，這種簡單的開關穩壓器并不聲稱可以與可實現90%以上效率的專用電路的性能相匹配。

目標主要是表明可以使用常用材料實現切換。這個簡單的電路便于分析。使用專用電路時，工作原理保持不變。

現在您已經了解了原理，您可以考慮通過簡單地更改穩壓器類型來獲得 5 V 以外的其他電壓：7812 表示 12 V，7815 表示 15V，依此類推。您甚至可以考慮使用LM317型可變調節器。