穩壓電路

穩壓電路是指：在輸入電網電壓波動或負載發生改變時仍能保持輸出電壓基本不變的電源電路。穩壓電路分類繁多，按輸出電流的類型分為：直流穩壓電路和交流穩壓電路。按穩壓電路與負載的連接方式分為：串聯穩壓電路和并聯穩壓電路。按調整管的工作狀態分為：線性穩壓電源和開關穩壓電源。按電路類型分為：簡單穩壓電源，反饋型穩壓電源和帶有放大環節的穩壓電路

直流穩壓原理

典型的直流穩壓器的框圖。交流輸入電壓e1由變壓器Tp變成電壓e2，經整流、濾波

后向調整電路（穩壓電路）輸送一個不穩定的脈動的直流電壓。因或穩壓電路輸出電流的變動而引起輸出電壓變化時，調整電路使保持原值或者只有極小的變動。調整電路中的調整管工作在線性放大區的稱為線性電源，工作在非線性區的則稱為開關電源。線性電源分為簡單穩壓電路、并聯穩壓電路、串聯穩壓電路和集成化穩壓電路。［1］

直流穩壓電路

在輸入直流電壓和負載之間串聯入一個三極管，用三極管的管壓降代

替穩壓二極管電路中的穩壓電阻R。當或變化引起輸出電壓變化時，的變化將反映到三極管的發射結電壓上，引起的變化，從而調整，以保持輸出電壓的基本穩定。根據三極管所起的作用，稱為調整管。由于調整管與負載是串聯關系，所以圖15-2-1稱為串聯型穩壓電路。它主要由基準電壓、比較放大、取樣電路和調整元件組成。比較放大可以是單管放大電路、差動放大電路、集成運算放大器。調整元件可以是單個功率管，復合管或用幾個功率管并聯，取樣電路取出輸出電壓的一部分和基準電壓VREF比較。［2］

開關穩壓電路

開關型穩壓電路具有體積小、效率高的特點。線性電源的效率為30%

～55%；而開關穩壓

器可達60%～85%，而且可以省去工頻變壓器和巨大的散熱器，體積和重量都大為減小。這種電路已在各種電子設備中獲得廣泛的應用。

常用的實現開關控制的方法；有自激式開關穩壓器、脈寬調制式開關穩壓器和直流變換式開關穩壓器等。

如圖是采用直流變換器的開關穩壓電路的框圖。對工頻電壓直接整流-濾波后獲得的直流電壓，由開關管變為高頻電壓。后者經高頻換流變壓器變為一定的電壓，再經高頻整流－濾波以后給出所需的輸出電壓u0；開關管的工作受脈沖調制器和驅動放大器的控制。當輸出電壓u0發生變化時，來自輸出端的取樣信號經比較電路產生誤差信號，然后通過脈沖調制器來控制開關管的開關工作比，從而使直流變換器的輸出保持穩定。開關管是在飽和區斷續工作的，所以功耗較線性電源的調整管為小，因而效率較高。大功率電力穩壓器是有補償變壓器，調壓器，控制電路，檢測電路和操作電路組成。［1］

串聯穩壓電路

如圖所示的是簡單的串聯型穩壓電源。是調整管，調節輸出電壓，它與負載電阻是串聯的，所以稱為串聯型穩壓電源。給提供合適的偏置，使工作在放大狀態;利用三極管電流放大作用可以提高輸出電流。同時還是限流電阻，保護管。管穩定三極管基極的電位。

簡單串聯型穩壓電路的優點是電路簡單，調試方便。由于三極管具有電流放大作用，使它的輸出電流較大。但是它的輸出電壓仍然不能調節，而基本上是不變。穩壓靈敏度不夠，穩壓效果差，所以要進行改進。

穩壓電路5V轉3.3V的經典方案總合

本文給出5V到3.3V的電源設計方案。一般電流要求的電源可以用簡單的線性穩壓器。較高電流要求需要開關穩壓器方案。成本敏感的應用需要簡單的分立二極管穩壓器。三種電源方案的比較見表1。

采用LDO的5V到3.3V電源

標準3端線性穩壓器壓降通常為2.0~3.0V。5V到3.3V變換排除采用這種3端線性穩壓器。低壓降（LDO）穩壓器的壓降為幾百毫伏，所以適合于此應用。圖1示出基本的LDO系統。LDO由4個主要元件組成：

·通路晶體管；帶隙參考；運放；反饋電阻分壓器。

在選擇LDO時，重要的是要了解LDO間的差別。器件靜態電流、封裝尺寸和類型是器件的重要參量。針對專門應用評估每個參量會獲得最佳設計。

LDO的靜態電流IQ是器件無載工作時的地電流IGND。IGND是LDO用來執行穩壓工作的電流。LDO的效率當IOUT》》IQ時可近似于輸出電壓與輸入電壓之比。然而，在輕載時，計算效率必須考慮IQ。具有較低IQ時LDO有較高的輕載效率。輕載效率的增大對LDO性能有負面影響。具有較高靜態電流的LDO能快速響應瞬時線路和負載變化。

采用齊納二極管的低成本電源方案

用1個齊納二極管和1個電阻器可以構成一個簡單的低成本3.3V穩壓器。在很多應用中，此電路是替代LDO穩壓器的一種經濟方案。然而，這種穩壓器比LDO更敏感于負載。另外，它的效率較低，功率總是消耗在電阻R和二極管D上。R限制到二極管和MCU的電流，因而MCU的VDD保持在可允許的范圍內。因為跨接在齊納二極管上的反向電壓隨流經的電流變化而變化，所以要仔細地考慮R值。在最大負載（MCU正在運行）時R的值必須使跨接在R上的壓降足夠低以使MCU有足夠電壓來工作；在最小負載（MCU處于復位狀態）時R的值必須使VDD不超過齊納二極管的電源額定值或MCU的VDD最大值。

采用三個整流二極管的低成本電源

也可以用三個正向串聯開關二極管降壓為MCU供電（圖2）。這比齊納二極管穩壓器更經濟。這種電路吸入的電流比用齊納二極管要小。根據所選二極管正向壓降是流經二極管電流的函數。電阻R1保持MCU的VDD電壓不超過最小負載（當MCU處于復位或休眠狀態時）時的最大VDD。所選二極管D1-D3必須在最大負載（MCU處于運行狀態）時跨接在D1-D3上的壓降足夠小，以滿足MCU最小VDD要求。

采用開關穩壓器的電源方案

圖3所示降壓開關穩壓器是一種電感器基變換器，用于降壓輸入電壓源到較低的輸出電壓?？刂芃OSFETQ1的導通時間可實現輸出調整。由于MOSFET是處于低或高電阻狀態（分別為ON或OFF），所以高的源電源可以非常有效地變換到較低的輸出電壓。

在Q1兩個狀態（ON和OFF）期間平衡電感器的電壓一時間可以建立輸入和輸出之間的關系：

（VS-VO）×ton=VO×（T-ton）

其中T=ton/Duty-Cycle

MOSFETQ1占空比為：

Duty-CycleQ1=VO/VS

電感器值的選擇原則是：所選其數值使在電感器中所產生的最大峰一峰值紋波電流等于最大負載電流的10%：

V=L×（di/dt）

L=（VS-VO）×（ton/IO×0.10）

選擇輸出電容器值的原則是：置LC濾波器特性阻抗等于負載阻抗。這使得工作在滿載和負載突然去除時所產生的電壓過沖在可接受的范圍內。

C=L/R2=（IO2×L）VO2

D1二極管選擇原則是：所選器件有足夠的電流額定值來處理脈沖周期放電期間的電感電流。

一種超級實用的3.3V/5V雙向電平轉換電路

這個電路，就是完成3.3V和5V電平的雙向轉換用的，以SDA為例說明電路的原理：

1、SDA1=0V那么SDA2=0V，因為此時Mos管導通，SDA1為0V，將拉低SDA2的電平，使之為0V；

2、SDA1=3.3V那么SDA2=5V，因為此時Mos管截止，SDA2將被上拉電阻拉高到5V；

3、SDA2=0V那么SDA1=0V，因為Mos管內部的二極管，將會把SDA1拉低，使得SDA1的電壓約為0.7V（內部二極管的壓降），此時Vgs大于Mos管的闕值電壓從而使得Mos管導通，一旦導通，SDA1將和SDA2處于同一個電平——低電平，所以SDA1為0V。

4、SDA2=5V那么SDA1=3.3V，因為此時Mos管截止，SDA1將會被上拉到3.3V。

5、這個電路的速度不能過高，但達到1M還是沒問題的，再高可能就出問題了。