信号链基础知识 11：电压和电源调节电路简介

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关键字： 信号链  电阻  线性稳压器  开关稳压器  降压转换器
作者：Bill Klein
高级应用工程师
德州仪器(TI)

本文为稳压电路基础知识，涵盖了从简单的电阻到开关降压/升压转换器的所有知识。

Bill Klein

为了使所有的信号链器件均能正常工作，这就要求每个器件的电源电压都要稳定。电源调节电路主要分为两大类：a) 线性调节电路和 b) 开关调节电路。虽然线性电压控制器在通常情况下效率最低，但其产生的噪声也是最少的，请参见图1。

图1： 线性稳压器基本原理。

如果负载电流要求不随时间变化而变化且非稳压输入电源电压稳定，那么图中的一个简单的串联电阻就可以对电路的电源电压进行调节。然而，在现实世界中实现这样的条件是不可能的。图 2 所示电路提供了一种有源控制方案。

图2： 有源稳压器。

齐纳二极管 (Z1) 在运算放大器正输入端提供了一个稳定的参考电压。该运算放大器会一直调节其输出，直到由 R2-R3 分压器形成的负输入端上的采样电压等于齐纳电压为止。然后，在一个宽泛的负载电流和输入电压范围内保持输出电压控制。然而不幸的是这样的电路效率并不是很高，利用开关稳压器可将效率大大提高。

图3： 降压开关转换器。

图3 中的电路为降压转换器（属于DC/DC 开关转换器），其会产生一个低于输入电压的输出电压（请点击此处参见视频）。该周期以开启 Q1 开始，因此电源电流流经 Q1 和 L1 至负载。流经 L1 的电流会在 L1 内部产生了一个磁场能量存储。控制器在适当的开关点处开启 Q1，这样存储在 L1 中的能量现在就作为一个可以继续为负载供应电流的电源了。

随着L1 中磁场的减弱，输出电压将降至一个设置点，且 Q1 被重新开启以复原输出。在 Q1 处于关闭的状态期间，电流回流经续流二极管 D1。在线性旁路稳压器中，随着旁路元件温度的升高能量逐渐减少。但是，在开关稳压器中，电感起了一个存储元件的作用。

图4： 升压开关稳压器。

图4 中的升压开关稳压器产生了一个高于输入电压的输出电压（请点击此处参见小视频）。在第一个阶段，Q1 处于开启状态，因此输入电流在 L1 中形成了一个磁场。由于二极管 D1 的反向偏置，输出与 L1 电路被隔离开来。所有供给到负载的电流均来自输出电容 Cout。在运行的第二个阶段，Q1 处于开启状态且 L1 的能量被添加到输入电压以产生一个高于输入电压的输出电压。

两个开关稳压器的控制器采用不同的算法以确定不同阶段的开关点，从而使开关稳压器实现高于 90% 的效率。