线性、开关及串联稳压器工作原理与功能揭秘

时间:2025-07-18

线性稳压器和开关稳压器


此前的芝识课堂曾多次提及线性稳压器和开关稳压器,下面为大家详细介绍其原理及功能。线性稳压器的输入电压大于输出电压,它通过内部调整元件(如晶体管)的阻抗变化,来处理输入电压与输出电压之间的差值,也就是压差。形象地说,线性稳压器就像是一位精准的 “电压调控师”,当面对过高的输入电压时,它会果断 “出手”,将超出目标输出值的电压 “切断”,从而确保输出电压始终恒定。而被 “削峰” 的这部分电压,终会以热量的形式释放,以此使输出电压保持稳定。


从电路配置方面来看,线性稳压器中典型的串联稳压器采用误差放大器、参考电压源和调整晶体管构成闭环反馈系统,能够实时监测并修正输出电压。线性稳压器主要包括三端稳压器和 LDO 稳压器。三端稳压器采用传统结构,需要较高的输入 - 输出电压差(通常≥2V),效率相对较低,适用于中高功率场景;而 LDO 稳压器则优化了压差(可低至 0.1V),适合输入 - 输出电压接近的场合,如电池供电设备,但在使用时需特别注意散热设计。


图 1. 线性稳压器与开关稳压器工作原理


开关稳压器则是通过控制功率开关管(如 MOSFET)的导通与关断时间来调节能量传输的占空比,终利用电感 / 电容储能滤波,将输入电压转换为稳定的平均输出电压。其特点为 “斩波式” 稳压,即输入电压被高频斩波,通过调整开关占空比来控制能量传输,因此效率显著高于线性稳压器。开关稳压器的拓扑结构包含 Buck(降压)、Boost(升压)等类型,支持宽输入电压范围,适用于高功率或输入波动大的场景。


图 2. 线性稳压器和开关稳压器对比


在实际应用中,我们可以根据具体需求选择不同类型的稳压器。当需要低噪声、简单电路时,可选择线性稳压器;而当追求高效、大功率时,则应选择开关稳压器。

串联稳压器


串联稳压器位于电源与负载之间,犹如一位精准的 “电压调节卫士”。其工作原理是依据输入电压或输出电流的变化情况,灵活调整可变电阻阻值,从而确保输出电压始终稳定在设定值。在现代电子技术中,串联稳压器 IC 采用 MOSFET 或双极结型晶体管(BJT)等有源器件,巧妙地替代了传统的可变电阻,这不仅提升了稳压器的性能,还极大地增强了其可靠性。


图 3. 用 MOSFET 或 BJT 等有源器件取代可变电阻的串联稳压器


串联稳压器的电路配置精巧严谨,主要由以下四个部分构成:



东芝 TCR3U 系列就是一种出色的 LDO 稳压器。它大幅降低了现有产品空载时的偏置电流,其电路配置可避免在输入电压降至预设输出电压以下时,偏置电流突然上升。该系列虽然电流消耗低,但却有着不俗的负载瞬态响应性能,能够稳定应对运行中输出电流的突变。

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