深度剖析穩(wěn)壓器電路

穩(wěn)壓器，顧名思義，是一種用于調(diào)節(jié)電壓的電路。調(diào)節(jié)電壓是平穩(wěn)的電壓供應(yīng)，沒有任何噪音或干擾。穩(wěn)壓器的輸出與負載電流、溫度和交流線路變化無關(guān)。電壓調(diào)節(jié)器幾乎存在于所有電子產(chǎn)品或家用電器中，如電視、冰箱、計算機等，以穩(wěn)定電源電壓。

基本上，穩(wěn)壓器最大限度地減少電壓變化以保護設(shè)備。在配電系統(tǒng)中，穩(wěn)壓器要么在饋線中，要么在變電站。該系列使用兩種類型的穩(wěn)壓器，一種是步進穩(wěn)壓器，其中開關(guān)調(diào)節(jié)電流電源。另一種是感應(yīng)調(diào)節(jié)器，它是一種類似于感應(yīng)電動機的交替電機，作為輔助電源供電。它最大限度地減少了電壓變化并提供穩(wěn)定的輸出。

有不同類型的穩(wěn)壓器，如下所述。

穩(wěn)壓器電路的類型

線性穩(wěn)壓器電路

串聯(lián)穩(wěn)壓器

并聯(lián)穩(wěn)壓器

齊納穩(wěn)壓器電路

開關(guān)穩(wěn)壓器電路

降壓型

升壓型

降壓/升壓型

線性穩(wěn)壓器電路

這些是電子產(chǎn)品中最常用的穩(wěn)壓器，用于保持穩(wěn)定的輸出電壓。線性穩(wěn)壓器的作用類似于分壓器電路，在該穩(wěn)壓器中，電阻隨負載變化而變化，并提供恒定的輸出電壓。線性穩(wěn)壓器的一些優(yōu)點和缺點如下：

優(yōu)勢

輸出紋波電壓低

響應(yīng)速度快

噪音更小

弊

效率低

需要大空間

輸出電壓將始終小于輸入電壓

1. 串聯(lián)穩(wěn)壓器

串聯(lián)穩(wěn)壓器是線性穩(wěn)壓器的一部分，也稱為串聯(lián)通穩(wěn)壓器。串聯(lián)連接的可變元件，用于保持恒定的輸出電壓。當您改變串聯(lián)元件兩端的電阻時，可以改變其兩端的壓降，以確保輸出兩端的電壓恒定。

如串聯(lián)穩(wěn)壓器的電路圖所示，NPN晶體管T1是串聯(lián)元件，齊納二極管用于提供基準電壓。

當輸出電壓增加時，基極-發(fā)射極電壓降低，由于這種晶體管T1導(dǎo)通較少。由于T1導(dǎo)通較少，因此會降低輸出電壓，從而保持輸出電壓恒定。

當輸出電壓降低時，基極-發(fā)射極電壓增加，由于該晶體管T1傳導(dǎo)更多。隨著T1的傳導(dǎo)更多，它會增加輸出電壓，從而保持輸出電壓恒定。

輸出電壓定義為：

VO = VZ - VBE

Where, VO is the output voltage VZ is Zener breakdown voltage VBE is base-emitter voltage

2. 并聯(lián)穩(wěn)壓器

未調(diào)節(jié)電壓與串聯(lián)電阻兩端的壓降成正比，該壓降取決于負載消耗的電流。如果負載的電流消耗增加，基極電流也會減少，因此集電極電流將流過集電極發(fā)射極端子，因此通過負載的電流將增加，反之亦然。

并聯(lián)穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)輸出電壓定義為：

VOUT = VZ + VBE

齊納穩(wěn)壓器

齊納穩(wěn)壓器更便宜，僅適用于低功率電路。它可用于調(diào)節(jié)期間浪費的功率量不是主要問題的應(yīng)用。

一個電阻器與齊納二極管串聯(lián)，以限制流過二極管的電流量，輸入電壓Vin（必須大于齊納電壓）連接，如圖所示，輸出電壓Vout以Vout = Vz（齊納電壓）穿過齊納二極管。眾所周知，當施加的電壓高于齊納的擊穿電壓時，齊納二極管開始反向?qū)?。因此，當它開始導(dǎo)通時，它會在其兩端保持相同的電壓并回流多余的電流，從而提供穩(wěn)定的輸出電壓。

開關(guān)穩(wěn)壓器

開關(guān)穩(wěn)壓器有三種類型：

降壓或降壓開關(guān)穩(wěn)壓器

升壓或升壓開關(guān)穩(wěn)壓器

降壓/升壓開關(guān)穩(wěn)壓器

降壓或降壓開關(guān)穩(wěn)壓器

降壓穩(wěn)壓器用于降低輸出端的電壓，我們甚至可以使用分壓器電路來降低輸出電壓，但分壓器電路的效率較低，因為電阻器將能量耗散為熱量。我們在電路中使用電容器，二極管，電感器和開關(guān)。降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的電路圖如下：

當開關(guān)進入ON狀態(tài)時，二極管保持反向偏置，電源連接到電感器。當開關(guān)斷開時，電感的極性反轉(zhuǎn)，二極管正向偏置并將電感接地。然后通過電感器的電流隨斜率減小：

d IL / dt = (0-VOUT) / L

電容器用于防止負載兩端的電壓降至零。如果我們繼續(xù)打開和關(guān)閉開關(guān)，負載兩端的平均電壓將小于提供的輸入電壓。您可以通過改變開關(guān)器件的占空比來控制輸出電壓。

Output Voltage = (Input Voltage) * (percentage of time that the switch is ON)

升壓或升壓開關(guān)穩(wěn)壓器

升壓穩(wěn)壓器用于對負載兩端的電壓進行升壓。升壓穩(wěn)壓器的電路圖如下：

當開關(guān)閉合時，二極管表現(xiàn)為反向偏置，電感兩端的電流不斷增加?，F(xiàn)在，當開關(guān)打開時，電感器將產(chǎn)生一個力，導(dǎo)致電流繼續(xù)流動，電容器開始充電。通過連續(xù)打開和關(guān)閉開關(guān)，我們將在負載處接收高于輸入電壓的電壓。我們可以通過控制開關(guān)的導(dǎo)通（Ton）時間來控制輸出電壓。

Output Voltage = Input Voltage / Percentage of time that the switch is open

降壓-升壓開關(guān)穩(wěn)壓器

降壓-升壓開關(guān)穩(wěn)壓器是降壓穩(wěn)壓器和升壓穩(wěn)壓器的組合，它提供的反相輸出可以大于或小于提供的輸入電壓。

當開關(guān)導(dǎo)通時，二極管表現(xiàn)為反向偏置，電感器存儲能量，當開關(guān)關(guān)斷時，電感器開始釋放具有反極性的能量，從而為電容器充電。當電感中存儲的能量變?yōu)榱銜r，電容器開始以反極性放電到負載中。由于這種降壓-升壓穩(wěn)壓器也稱為反相穩(wěn)壓器。

輸出電壓定義為

Vout = Vin (D / 1-D)

Where, D is the Duty cycle

因此，如果占空比較低，則穩(wěn)壓器表現(xiàn)為降壓穩(wěn)壓器，當占空比高時，穩(wěn)壓器表現(xiàn)為升壓穩(wěn)壓器。

穩(wěn)壓器電路實例

正線性穩(wěn)壓器電路

我們使用7805 IC設(shè)計了一個正線性穩(wěn)壓器電路。該 IC 具有提供 5V 穩(wěn)壓電源的所有電路。輸入電壓應(yīng)至少大于額定值的 2v，例如對于 LM7805，我們至少應(yīng)提供 7v。

未穩(wěn)壓的輸入電壓提供給IC，我們在輸出端獲得穩(wěn)壓。IC的名稱定義了其功能，78表示正號，05表示調(diào)節(jié)輸出電壓的值。如電路圖所示，我們?yōu)?805IC提供9V電壓，并在輸出端穩(wěn)壓+5V。電容器 C1 和 C2 用于過濾。

齊納穩(wěn)壓器電路

在這里，我們設(shè)計了一個使用5.1V齊納二極管的齊納穩(wěn)壓器。齊納二極管用作傳感元件。當電源電壓超過其擊穿電壓時，其開始反向?qū)?，并在其兩端保持相同的電壓并回流額外的電流，從而提供穩(wěn)定的輸出電壓。在該電路中，我們提供9V的輸入電壓，并獲得近5.1的穩(wěn)壓輸出電壓。