线性稳压电源与开关稳压电源

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线性稳压电源(以下简称线性电源)与开关稳压电源(以下简称开关电源)都是一种输出稳定电压的装置。无论输入电压有一定的变动或输出负载电流有一定的变动,其输出电压基本保持不变。这两种电源有什么差别呢?随着科学技术的发展又有哪些发展呢?

人们常说开关电源的电能转换效率比线性电源要高得多,是节能产品。为什么它的效率高呢,先来看看这两种电源是怎样工作的。

图1是三端稳压电源电路图。C1、C2是输入、输出电容,V\(_{in}\)是输入电压,Vout是输出电压,R\(_{L}\)是负载电阻。三端稳压IC内部有控制电路、调整管VT及反馈电阻R1、R2。无论是输入电压变动或负载电阻RL的变动使V\(_{out}\)变动时,通过反馈电阻输入控制电路,来改变调整管的管压降,使Vout输出基本保持不变。

图1
图1 🔍原图 (481×353)

调整管工作在线性区(所以称为线性电源)。为了保证稳压,调整管的V\(_{ce}\)要保证在3W以上。如三端稳压器7805,输出电压5V,输出电流1.5A时,在调整管上的损耗为Vce×I\(_{O}\)(IO为输出电流)。输出有效功率为7.5W,而最小损耗在调整管上的功率为4.5W;当输入电压V\(_{in}\)升高时,其损耗会更大,可见其效率低。

图2是一种降压式开关电源电路图。与图1的差别是增加了一个二极管VD及一个电感L,但其工作原理是完全不同的。虽然开关电源IC中也有一个三极管VT,但它工作于开关状态,即工作于饱和导通状态及截止状态。在饱和导通时,相当于一个开关闭合,电能储存于电感L及电容C2中(同是也馈向负载);当截止时,由储存于电感和电容中的能量继续供给负载,与二极管构成电流回路(称为续流二极管)。输出电压通过反馈输入控制电路来改变开关导通时间及截止时间,以满足输出电压的稳定,其工作示意图如图3所示。图3a是开、关两种状态时的电流流向图,图3b是二极管上的电压及电感上的电流波形图。

图2
图2 🔍原图 (527×301)
图3
图3 🔍原图 (780×412)

由于开关管采用饱和管压降很小的三极管,故饱和导通时,管耗很小,而截止时无损耗,所以其转换效率较高,一般高于70%,但其输出纹波电压比线性电源大一些。

随着科学技术的发展,线性电源有很大的进展,开发出低压差、微功耗的稳压器,并且具有关闭电源控制端的新器件。其输入电压与输出电压之差小到0.2V时也能正常工作,静态工作电流小于100μA,在关闭状态时仅耗电1μA。

从生产成本及电能转换效率这两点来看,一般说电源输出功率大于2.5W的用开关电源更有利,小于2.5W的用线性电源更合适。(方波)