线性稳压器和开关稳压器、串联稳压器的区别

欢迎来到芝识课堂！上篇我们了解了电子系统对LDO稳压器的要求，以及优化电源布局的解决方案和板上供电的关键设计原则。在本篇中，您将进一步了解几种稳压器的工作原理、功能和电路配置。

1线性稳压器和开关稳压器

之前的芝识课堂曾多次提到线性稳压器和开关稳压器，这里进一步为您介绍一下其原理及功能。

线性稳压器的输入电压大于输出电压，通过内部调整元件（如晶体管）的阻抗变化，处理输入电压与输出电压之间的差值，也就是压差。

线性稳压器就像是一位精准的“电压调控师”，面对过高输入电压时会果断“出手”，将超出目标输出值的电压“切断”，确保输出电压始终恒定。而被“削峰”的这部分电压，最终会以热量形式释放，使输出电压保持稳定。

电路配置方面，线性稳压器中典型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，实时监测并修正输出电压。

图1. 线性稳压器与开关稳压器工作原理

线性稳压器主要包括三端稳压器和LDO稳压器。前者采用传统结构，需较高输入-输出电压差（通常≥2V），效率较低，适用于中高功率场景；后者优化了压差（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），但需注意散热设计。图1是线性稳压器与开关稳压器工作原理。

再来看开关稳压器是通过控制功率开关管（如MOSFET）的导通与关断时间调节能量传输的占空比，最终利用电感/电容储能滤波，将输入电压转换为稳定的平均输出电压。

其核心特点为“斩波式”稳压：输入电压被高频斩波，通过调整开关占空比控制能量传输，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给出了线性稳压器和开关稳压器对比，您可根据具体需求选择不同类型的稳压器：需要低噪声、简单电路时选择线性稳压器；追求高效、大功率时选择开关稳压器。

图2. 线性稳压器和开关稳压器对比

2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，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，极大提升了稳压器的性能与可靠性。

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，主要由以下四个核心部分构成：

●输出晶体管：串联在串联稳压器的输入与输出引脚之间，宛如一座桥梁连接上下游。当输入电压或输出电流发生波动时，误差放大器发出的信号会精准控制其栅极电压或基极电流。

●参考电压源：作为误差放大器的基准参照，参考电压源意义非同小可。误差放大器正是依据这个稳定的参考电压对输出晶体管的栅极或基极的精确调控，来保证输出电压的稳定。

●反馈电阻：负责对输出电压进行分压处理，从而产生反馈电压。误差放大器通过对比反馈电压与参考电压，实现对输出电压的精准控制。这两个反馈电阻串联在VOUT和GND引脚之间，其中间点电压会被施加到误差放大器。

●误差放大器：它如同串联稳压器的“智慧大脑”，仔细比较反馈电压（即两个反馈电阻中点的电压）与参考电压。当反馈电压低于参考电压时，误差放大器会增强MOSFET驱动力，降低漏源电压，以提升输出电压；反之，当反馈电压高于参考电压时，则会减弱MOSFET的驱动力，增加漏源电压，进而降低输出电压。

图4. 串联稳压器电路配置

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。其电路配置可免输入电压降至预设输出电压以下时，偏置电流突然上升。该系列虽电流消耗低，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突变。

本篇我们进一步了解了几种稳压器的工作原理、功能和电路配置，下篇我们将为您解析线性稳压器的动态调节机制，以及三端稳压器与LDO稳压器的区别。

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