线性稳压电源和开关稳压电源详解

开关稳压电源和线性稳压电源 

根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。 

线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小；关——电阻很大。 

开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。 通过下图，我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。如图所示，电路由开关K（实际电路中为三极管或者场效应管），续流二极管D，储能电感L，滤波电容C等构成。当开关闭合时，电源通过开关K、电感L给负载供电，并将部分电能储存在电感L以及电容C中。由于电感L的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用（可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D的正极，经过二极管D，返回电感L的左端，从而形成了一个回路。通过控制开关闭合跟断开的时间（即PWM——脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。 

在开关闭合期间，电感存储能量；在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。 

在实际的开关电源中，开关K由三极管或场效应管代替。当开关断开时，电流很小；当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U×I就会很小。这就是开关电源效率高的原因。

什么是线性电源？

线性电源（Linear power supply）是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。

基本工作原理

线性电源主回路的工作过程是输入电源先经预稳压电路进行初步交流稳压后，通过主工作变压器隔离整流变换成直流电源，再经过控制电路和单片微处理控制器的智能控制下对线性调整元件进行精细调节，使之输出高精度的直流电压源。

线性稳压电源的优点是输出电压质量高、纹波小、不需要使用电感元件 。

线性稳压电源经过变压、整流、滤波、稳压实现电源稳压。

优点：稳定性好，瞬态响应速度快，可靠性高，输出电压精度高，输出纹波电压精度小。

缺点：变换效率较低，尤其是在输入输出电压差较大的情况下。如果输出电流也较大，会有明显的发热发烫现象，甚至可能烧坏稳压器。

线性稳压电源构成：

低压差线性稳压器的主要参数

输出电压

低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。

固定输出电压稳压器：输出电压是经过厂家精密调整的，稳压器精度很高。

可调输出电压：根据稳压器ADJ引脚两端的电阻来调节输出电压。

最大输出电流

输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本。

输入输出电压差

在保证输出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。比如，5.0V的低压差线性稳压器，只要输入5.5V电压，就能使输出电压稳定在5.0V。

接地电流

串联调整管输出电流为零时，输入电源提供的稳压器工作电流。该电流有时也称为静态电流，负载调整率

线性稳压器负载调整率越小，说明LDO抑制负载干扰的能力越强。

电源抑制比

线性稳压器输入源往往许多干扰信号存在。PSRR反映了线性稳压器对于这些干扰信号的抑制能力。

线性稳压电源设计注意：

散热：

由于线性稳压器的特性决定，压差部分的功耗是要通过芯片本身的散热释放出去的。如果压差和电流较大，那么器件上消耗的功耗就会比较大，散热问题就必须考虑。如果在PCB设计的时候没有留下足够的散热空间，那么随着系统的运行，线性稳压器芯片就会越来越烫。在持续高温的环境下运行会严重影响系统寿命。

解决方法：

在电路设计时计算线性稳压器上消耗的功率，消耗功率大时增加散热片，通过在稳压器下面放置过孔，区域覆铜连接地。

压差：

线性稳压器可以稳定的压差有限制，在选择线性稳压器时应查阅手册，看选择的线性稳压器是否可以满足降压需求。

旁路电容的选择：

线性稳压器的外围电路就是几颗旁路电容。这几颗电容的选择也要参考器件的数据手册，一般情况在输入输出端接10uf和100nf的电容。旁路掉高频信号以及干扰。在原理图设计的时候，100nf的电容要尽量靠近线性稳压器。用来消除线性稳压器产生的噪声。

开关电源

开关电源通过控制调整管的通断时间实现稳压。

优点：体积小，重量轻，功耗小，稳压范围宽，效率在80%~90%。

缺点：输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。

使用：在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器，就可以实现有源滤波，而且也可大大提高输出电压的稳压精度，同时电源系统的效率也不会明显降低。

开关电源构成：

Ui为整流滤波后的直流电压、Uo为转换后的直流输出电压、DC-DC转换器用于功率转换。

开关电源的分类：

无论哪种开关电源，调整管总是工作在开关状态，驱动调整管的电压可以是方波脉宽调制电压，也可以是正弦波的谐振电压。

根据驱动电压可以分为自激式和他激式。

自激式：利用调整管，开关变压器辅助绕组构成正反馈，实现自激振荡，实现稳压。

他激式：使用专设振荡器产生脉冲控制调整管。

根据转换器电路结构方式分为非隔离型和隔离型。

非隔离型：输入和输出共地，适合低压直流转换的场合，包括降压式，升压式，升降压式。

隔离式：输入输出进行隔离。包括反激式，正激式，推挽式，半桥式，全桥式。

根据开关管的脉冲调制方式分为脉宽调制型，频率调制型，混合调制型。

脉宽调制型：通过改变开关管的导通时间来控制占空比，从而调节和稳定输出电压。

频率调制型：开关管的导通时间不变，通过改变开关管的脉冲频率来调节和稳定输出电压。

混合调制型：开关管的导通时间和脉冲频率都改变，没而来调节和稳定输出电压。

线性稳压电源和开关电源各自有缺点。 

A、线性直流稳压电源 

该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品。缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。这类稳定电源又有很多种，从输出性质可分为稳压电源和稳流电源及集稳压、稳流于一身的稳压稳流（双稳）电源。从输出值来看可分定点输出电源、波段开关调整式和电位器连续可调式几种。从输出指示上可分指针指示型和数字显示式型等等。         

B、非线性直流稳压电源（开关电源） 

开关型稳压电源是和线性电源相对而说的，开关电源的优点在于效率高、输出电压可以比输入电压高，也可以比输入电压低。缺点在于输出纹波比线性电源差很多，精度也远远达不到线性电源的精度。 

优点：体积小、功率大、输出电压稳定、抗干扰强。 

缺点：怕雷击、比变压器电源故障率高