穩壓器是一種可將變化的交流電能維持固定輸出電壓的電路，而不受輸入電壓或負載條件變化的影響。穩壓器（VR）將電源的電壓保持在與其他電氣元件兼容的范圍內。雖然穩壓器最常用于DC/DC電源轉換，但有些穩壓器也可以執行AC/AC或AC/DC電源轉換。
一、穩壓器的類型：
主要有線性穩壓器和開關穩壓兩種類型：這兩種類型的穩壓器都可以調節系統的電壓，但線性穩壓器的運行效率較低，而開關穩壓器的運行效率很高。在高效開關穩壓器中，大部分輸入功率被傳輸到輸出，而不會產生功耗。
1．線性穩壓器：
線性穩壓器采用有源傳輸器件（例如BJT或MOSFET），該器件由高增益運算放大器控制。為了保持恒定的輸出電壓，線性穩壓器通過將內部電壓基準與采樣輸出電壓進行比較來調節傳輸器件電阻，然后將誤差驅動為零。線性穩壓器是降壓轉換器，因此根據定義，輸出電壓始終低于輸入電壓。然而，這些穩壓器具有一些優點：它們通常易于設計、可靠、成本效益高，并且具有低噪聲和低輸出電壓紋波。
2．開關穩壓器：
開關穩壓器電路通常比線性穩壓器設計更復雜，需要選擇外部元件值，調整控制回路以確保穩定性，并仔細設計布局。開關穩壓器可以是降壓轉換器、升壓轉換器或兩者的組合，這使得它們比線性穩壓器更通用。開關穩壓器的優點包括效率高、熱性能更好，并且可以支持更高的電流和更寬的V在/V外應用。根據應用要求，它們可以實現超過95%的效率。與線性穩壓器不同，開關電源系統可能需要額外的外部元件，例如電感、電容、FET或反饋電阻器。
二、穩壓器的局限性：
線性穩壓器的主要缺點之一是效率低下，因為它們在某些用例中會耗散大量功率。線性穩壓器的電壓降與電阻器兩端的電壓降相當。例如，在5V輸入電壓和3V輸出電壓下，端子之間有2V的壓降，效率被限制在3V/5V（60%）。這意味著線性穩壓器最適合具有較低V的應用在/V外差異。在應用中考慮線性穩壓器的估計功耗非常重要，因為使用較大的輸入電壓會導致高功率耗散，從而可能使元件過熱和損壞。
線性穩壓器的另一個限制是它們只能進行降壓（降壓）轉換，而開關穩壓器也提供升壓（升壓）和降壓-升壓轉換。
開關穩壓器效率很高，但也有一些缺點，包括它們通常不如線性穩壓器經濟高效，尺寸更大，更復雜，如果不仔細選擇外部元件，會產生更多的噪聲。噪聲對于給定的應用可能非常重要，因為噪聲會影響電路操作和性能，以及EMI性能。
三、開關穩壓器拓撲：降壓、升壓、線性、LDO和可調：
線性穩壓器和開關穩壓器有多種拓撲結構。線性穩壓器通常依賴于低壓差（LDO）拓撲。
對于開關穩壓器，有三種常見的拓撲結構：降壓轉換器、升壓和降壓轉換器-升壓轉換器。
每種拓撲結構如下所述：
線性穩壓器：
線性穩壓器的一種常用拓撲是低壓差（LDO）穩壓器。線性穩壓器通常要求輸入電壓至少比輸出電壓高2V。然而，線性穩壓器設計為在輸入和輸出端子之間的電壓差非常小的情況下工作，有時低至100mV。
降壓和升壓轉換器：
降壓轉換器（也稱為降壓轉換器）采用較大的輸入電壓并產生較低的輸出電壓。相反，升壓轉換器（也稱為升壓轉換器）采用較低的輸入電壓并產生較高的輸出電壓。
降壓-升壓轉換器：
降壓-升壓轉換器是一種單級轉換器，它結合了降壓和升壓轉換器的功能，可在大于或小于輸出電壓的寬輸入電壓范圍內調節輸出。
四、穩壓器控制：
線性穩壓器的四個基本元件是傳輸晶體管、誤差放大器、基準電壓源和電阻反饋網絡。誤差放大器的一個輸入由兩個電阻器設置，以監控輸出電壓的百分比。另一個輸入是穩定的電壓基準（V裁判)。如果采樣輸出電壓相對于V變化裁判，誤差放大器會改變傳輸晶體管的電阻，以保持恒定的輸出電壓（V外)。
線性穩壓器通常只需要一個外部輸入和輸出電容器即可工作，因此易于實現。
另一方面，開關穩壓器需要更多的元件來創建電路。功率級在V之間切換在和地面創建電荷包以傳送到輸出。與線性穩壓器類似，有一個運算放大器，用于從反饋網絡對直流輸出電壓進行采樣，并將其與內部基準電壓進行比較。然后對誤差信號進行放大、補償和濾波。該信號用于調制PWM占空比，以將輸出拉回穩壓狀態。例如：如果負載電流迅速增加并導致輸出電壓下降，則控制環路會增加PWM占空比，為負載提供更多電荷，并使電源軌重新進入穩壓狀態。
五、線性和開關穩壓器應用：
線性穩壓器通常用于對成本敏感、對噪聲敏感、低電流或空間受限的應用。一些示例包括消費電子產品，例如耳機、可穿戴設備和物聯網（IoT）設備，助聽器等應用可以使用線性穩壓器，因為它們沒有開關元件，不會產生不必要的噪音并干擾設備的性能。
此外：如果設計人員主要對創建低成本應用感興趣，他們不需要那么關心功耗，可以依賴線性穩壓器。
開關穩壓器適用于更通用的應用，尤其適用于需要效率和性能的應用，例如消費電子、工業、企業和汽車應用，如果應用需要大型降壓解決方案，則開關穩壓器更合適，因為線性穩壓器會產生高功率耗散，從而損壞其他電氣元件。
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