穩壓器的分類、結構原理及使用詳解
穩壓器的分類維度眾多，以下是主要分類方式及各類穩壓器的核心結構和應用場景：
一、按穩壓原理分類 (最常用)
1. 線性穩壓器
- 工作原理： 利用調整管(晶體管/MOSFET)作為可變電阻，通過其壓降變化來抵消輸入波動，輸出純凈電壓。本質是串聯分壓原理。
- 輸入端紋波處理： 輸入電源波動時，調整管通過改變自身壓降（即"犧牲"電壓）來維持輸出電壓穩定。
- 輸出純凈電壓： 調整管像一個大阻值的可調電阻，與負載形成分壓電路。
- 核心結構:
- 調整管： 核心元件，承擔輸入輸出壓差并損耗能量（壓降×輸出電流）。
- 誤差放大器： 感知輸出電壓并對比基準電壓，驅動調整管調整壓降。
- 基準電壓源： 提供高精度比較基準。
- 反饋電阻： 設定輸出電壓（輸出電壓 = 基準電壓 × (1 + R1/R2)）。
- 優缺點：
- 優點：電路簡單、噪聲低、紋波極小、成本較低、響應快。
- 缺點：效率低（尤其壓差大或電流大時）、需要散熱片、輸出電流受限、輸入必須高于輸出壓差要求。
- 子類：低壓差線性穩壓器(LDO)
- 特點： 調整管采用MOSFET，使得最小壓差(輸入電壓 - 輸出電壓)極小（可達0.3V以下），避免傳統線性穩壓器（一般需1.5V以上壓差）在低輸入電壓下的瓶頸。
- 結構差異： 誤差放大器驅動P-MOSFET調整管（傳統常用NPN三極管），P-MOS源極接輸入，漏極輸出，導通電阻低且壓差需求小。
- 用途： 電池供電設備（如手機、平板）、噪聲敏感電路（ADC/DAC/射頻）、后級穩壓（開關電源后級濾波）。
- 典型應用:
- 78XX/79XX系列: 如7805固定輸出+5V（正壓）、7905輸出-5V（負壓）——需注意壓差（通常>2V）。
- AMS1117系列: 常見LDO，支持5V→3.3V等常用轉換。
- TL431 + 調整管: 構成可調精密線性穩壓器。
2. 開關穩壓器 (開關電源、DC-DC轉換器)
- 工作原理： 利用開關管高速通斷（kHz~MHz級），將輸入電能切成斷續脈沖，通過電感/電容儲能和濾波，將脈動電轉換為所需平滑直流電壓。
- 高效能量傳遞： 開關管要么導通（低阻態，電流大但兩端無壓差），要么截止（高壓差但無電流），故自身損耗極小（僅有開關瞬間損耗）。
- 儲能元件的轉換作用： 通過控制開關管導通/截止時間比例（PWM脈寬調制）調整輸出。電感積蓄磁能以升壓/降壓；電容則平滑高頻脈沖成直流電壓。
- 核心結構:
- 開關管： MOSFET（功率較小場合為雙極晶體管），高頻開關電能。
- 整流管： 續流二極管或同步整流MOSFET，為電感續流提供回路。
- 電感： 儲能元件，電流不會突變，實現能量轉換。
- 濾波電容: 平滑電感輸出的高頻脈動電流。
- 控制IC: 含PWM生成、誤差放大、基準電壓、保護等功能，負責調節開關脈沖占空比。
- 優缺點：
- 優點：效率高（一般>80%）、支持升壓/降壓/升降壓/負壓等多種轉換、壓差范圍寬、功耗低發熱小（無需大散熱片）、輸出電流大。
- 缺點：電路復雜、成本高、輸出紋波和噪聲較大（需精心設計濾波）、EMI（電磁干擾）問題需處理。
- 子類（按拓撲結構）：
- 降壓型(BUCK)： 輸出電壓 < 輸入電壓。如12V→5V轉換芯片MP1584/LM2596。
- 升壓型(BOOST)： 輸出電壓 > 輸入電壓。如3.7V（鋰電池）→5V轉換芯片MT3608/XL6009。
- 降壓-升壓型(BUCK-BOOST)： 輸出電壓可高或低于輸入電壓。如4-12V輸入→5V輸出（輸入波動范圍大場合）。
- 負壓型(INVERTING)： 產生負電壓（如+5V輸入→-5V輸出）。通常基于Buck-Boost拓撲。
- 電荷泵(無電感開關電容型)： 使用電容進行能量存儲和轉移（無電感），實現倍數電壓（×2/×1.5等）或負壓，效率一般但結構簡單、體積小。
- 典型應用:
- 便攜設備電源（充電寶、筆記本電源適配器）
- 高效率工業控制電源
- 主板CPU/GPU供電（大電流VRM）
- 電池供電設備需升壓場合
- 產生負電源（如運放、OLED屏偏壓）
二、按輸入/輸出特性分類
-
AC-DC穩壓器 (交流轉直流)：
- 將交流市電(如220VAC)轉換為穩定直流電壓(如5VDC/12VDC)。
- 結構： 整流(二極管橋) + 濾波(大電容) + [開關電源模塊(或變壓器+線性穩壓器)]。現代以開關穩壓器為主。
- 應用： 所有家電、IT設備的電源適配器、充電器。
-
DC-DC穩壓器 (直流轉直流)：
- 將某一電平的直流輸入電壓轉換為另一穩定直流電壓。
- 子類: 線性穩壓器 (如7805)、LDO (如AMS1117)、開關穩壓器 (如LM2596、TPS61090)。
- 應用： 手機內部各模塊供電、車載電子設備、分布式電源系統。
三、按特定功能/應用分類
- LDO (低壓差線性穩壓器): 強調低壓差的線性穩壓器。
- 串聯穩壓器: 指“線性穩壓器”這一大類（調整管串聯在輸入輸出回路中），常用于區分并聯穩壓器。
- 并聯穩壓器： 如齊納二極管(Zener Diode)。結構簡單，利用二極管反向擊穿特性穩壓，工作在并聯狀態（二極管陰極接輸入正，陽極接公共端；需串聯限流電阻）。主要用于基準源或簡單小電流穩壓。
- 可編程穩壓器： 輸出電壓可通過外接電阻、DAC或數字接口（如I2C/SPI）編程設定（如LM317為模擬可調，LTM4676為數字可調）。
- 多路輸出穩壓器： 單一IC可提供多路獨立穩定輸出電壓（常見于開關電源模塊或一些PMIC芯片）。
線性穩壓器 VS 開關穩壓器：對比總結表
| 特性 | 線性穩壓器 | 開關穩壓器 (DC-DC) |
|---|---|---|
| 核心原理 | 調整管線性工作區（可變電阻） | 開關狀態切換 + 電感/電容儲能濾波 |
| 效率 | 低（尤其壓差大時）、自身功耗大（需散熱片） | 高（可>90%）、發熱小（功率大需散熱但小功率無需） |
| 輸出紋波/噪聲 | 極低、純凈 | 有紋波和開關噪聲（需良好PCB布局和濾波） |
| 電路復雜性 | 簡單 | 復雜（器件多、需電感/功率管/驅動/保護） |
| 成本 | 相對較低 | 相對較高（尤其高功率/特殊拓撲） |
| 尺寸 | 相對較小（LDO）、但散熱片可能很大 | 相對較大（電感體積大） |
| 轉換類型 | 僅降壓 | 升壓、降壓、升降壓、負壓均可 |
| 輸入/輸出壓差 | 必須≥最小壓差（LDO要求壓差小） | 范圍寬、輸入電壓可低于或高于輸出電壓 |
| EMI干擾 | 極小 | 存在高頻干擾（需EMC設計） |
| 響應速度 | 快 | 較慢（因閉環帶寬和PWM調制延時） |
| 典型應用 | 噪聲敏感電路、小功率供電、LDO用于電池設備 | 高能效需求場合、便攜設備主電源、需升壓/負壓場合 |
使用要點總結
- 選型關鍵參數： 輸入電壓范圍、輸出電壓/電流、壓差（線性）、效率（開關）、紋波、噪聲、靜態電流、封裝尺寸、成本等。
- 線性穩壓器使用注意：
- 散熱是核心！ 計算功耗 (
P_diss = (Vin - Vout) * Iout)并確保加裝合適散熱片。 - 輸入電容（消振、儲能）： 位置靠近IC輸入腳，選擇低ESR類型。
- 輸出電容（穩定性、濾波）： 按手冊推薦值選擇類型和容值，ESR過低可能引起震蕩（尤其LDO）。
- 最小負載: 部分老型號需要。
- 散熱是核心！ 計算功耗 (
- 開關穩壓器使用注意：
- PCB布局是成敗關鍵！ 開關回路、輸入/輸出濾波電容回路應盡可能小，功率地與信號地分開。
- 電感選型： 額定電流、飽和電流、電感值、DCR都很重要。
- 輸入/輸出電容： 需高頻低ESR電容（陶瓷電容為主），位置極其靠近IC引腳。
- 輸出電壓設定電阻： 精度和溫漂影響輸出電壓精度。
- EMI對策： 加磁珠、屏蔽、接地、優化布局等。
- 使能引腳/軟啟動： 避免浪涌電流沖擊。
選擇穩壓器時，務必權衡性能指標（效率、噪聲）、成本、復雜度和空間限制，才能找到最適合特定應用場景的方案。希望這個詳解能幫你在電路設計中清晰選型！
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開關穩壓器和線性穩壓器的比較
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理解穩壓器如何工作
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tyewybvwe
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ly_0913
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法規處發
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開關穩壓器的特點 與線性穩壓器的區別
開關穩壓器是一種通過快速開關輸入電壓的電路元件，以實現將輸入電壓穩定輸出到設定的電壓范圍內的穩壓器。開關穩壓器的輸出電壓可以比輸入電壓高或低，具體取決于穩壓器的設計。相比于線性穩壓器，開關穩壓器可以更高效地轉換電能，具有更高的電源效率和更小的體積。
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穩壓器的概念 穩壓器的使用方法
穩壓器（Voltage Regulator）是一種電子元件或電路，用于將電源電壓維持在一個穩定的值。穩壓器通常被用來保持電子設備的電源電壓穩定，以確保它們能夠正常工作。穩壓器可以分為線性穩壓器和開關穩壓器兩種類型。
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怎么選擇線性穩壓器與開關穩壓器
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ydcx
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穩壓器類型：線性穩壓器與開關穩壓器
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就好國dd
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什么是三相穩壓器和單相穩壓器？三相穩壓器可以接單相嗎？ 三相穩壓器和單相穩壓器是常見的電力穩壓設備。它們都是用來穩定電力供應，保持電壓在安全范圍內，從而保護電氣設備的正常運行。然而，它們之間存在一些
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shbaoyan
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筆畫張
2021-11-12 06:48:01
工商網監
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