稳压器的工作原理和电路类型介绍

稳压器，英文名Voltage Regulators，顾名思义，就是用于调节电压的电路。稳压是平稳的电压供应，没有任何噪音或干扰。稳压器的输出不受负载电流、温度和交流线路变化的影响。几乎所有电子产品或家用电器（如电视、冰箱、计算机等）中都存在稳压器，以稳定电源电压。

通常情况下，稳压器可最大限度地减少电压变化以保护设备。在配电系统中，稳压器要么在馈线中，要么在变电站中。该系列使用的稳压器有两种，一种是步进稳压器，其中开关调节电流供应。另一种是感应调节器，它是一种类似于感应电动机的交流电机，作为辅助电源提供电力，以最大限度地减少电压变化并提供稳定的输出。

稳压器的工作原理

稳压器是一种电气设备，其唯一目的是保持恒定的输出电压。无论输入电压或负载条件如何变化，它都能提供所需的输出电压。电子电路依赖于稳压器，因为它们需要稳定的电压供应以避免损坏。

稳压使用反馈控制系统的原理，它依赖于负反馈控制回路。

如上图所示，参考电压信号与来自控制器的反馈信号一起提供给比较器电路。比较器电路比较两个值并将误差信号发送到控制器，控制器使用来自比较器的误差信号调节输出电压。

稳压器电路的类型

目前稳压器电路主要分为三种类型，主要包括线性稳压器电路、齐纳稳压器电路和开关稳压器电路。

1、线性稳压器电路

• 串联稳压器
• 并联稳压器

3、开关稳压器电路

• 降压型
• 升压型
• 降压/升压型

这些是电子产品中用于维持稳定输出电压的最常见稳压器。线性稳压器就像一个分压器电路，在这个稳压器中，电阻会随着负载的变化而变化，并提供恒定的输出电压。

下面给出线性稳压器的一些优点和缺点：

优点：

• 输出纹波电压低
• 响应速度快
• 噪音小

• 效率低
• 需要大空间
• 输出电压将始终小于输入电压

①、串联稳压器 

串联稳压器是线性稳压器的一部分，也称为串联通过稳压器。一种串联的可变元件，用于保持恒定的输出电压。当您改变串联元件的电阻时，其两端的电压降可以变化，以确保输出两端的电压恒定。

如上图所示，可以看到串联稳压器的电路图，NPN晶体管T1是串联元件，齐纳二极管用于提供参考电压。

当输出电压增加时，基极-发射极电压降低，由于这个晶体管T1导通较少。由于T1导通较少，它会降低输出电压，从而保持输出电压恒定。

当输出电压降低时，基极-发射极电压增加，由于这个晶体管T1导通更多。随着T1导通更多，它会增加输出电压，从而保持输出电压恒定。

输出电压定义为：V O=V Z-V BE，其中，V O是输出电压，V Z是齐纳击穿电压，V BE是基极-发射极电压。

②、并联稳压器

未经调节的电压与串联电阻两端的电压降成正比，该电压降取决于负载消耗的电流。如果负载的电流消耗增加，基极电流也将减少，因此更少的集电极电流将流过集电极发射极端子，因此通过负载的电流将增加，反之亦然。

并联稳压器的稳压输出电压定义为：V OUT=V Z + V BE

齐纳稳压器电路

齐纳稳压器更便宜，仅适用于低功率电路。它可用于调节期间浪费的电量不是主要问题的应用。

一个电阻器与齐纳二极管串联，以限制流过二极管的电流量， 输入电压Vin（必须大于齐纳电压） 如图所示连接到输出电压 Vout，跨齐纳二极管，Vout=Vz（齐纳电压）。

众所周知，当施加的电压高于齐纳二极管的击穿电压时，齐纳二极管开始反向导通。因此，当它开始导通时，它会在其两端保持相同的电压并将多余的电流流回，从而提供稳定的输出电压。

开关稳压器电路

开关稳压器电路分为三种：

• 降压或降压开关稳压器
• 升压或升压开关稳压器
• 降压/升压开关稳压器

①、降压或降压开关稳压器

降压稳压器用于降低输出电压，甚至可以使用分压器电路来降低输出电压，但分压器电路的效率很低，因为电阻器将能量作为热量散发。我们在电路中使用电容器、二极管、电感器和开关，降压开关稳压器的电路图如下：

当开关打开时，二极管保持反向偏置，电源连接到电感器。当开关打开时，电感器的极性反转，二极管变为正向偏置并将电感器接地。然后通过电感的电流随斜率减小：

d I L / dt=(0-V OUT ) /L

电容器用于防止负载两端的电压降至零，如果继续打开和关闭开关，负载上的平均电压将低于提供的输入电压。你也可以通过改变开关器件的占空比来控制输出电压，其中：

输出电压=输入电压*开关打开的时间百分比

②、升压或升压开关稳压器

升压稳压器用于提高负载两端的电压，升压稳压器电路图如下：

当开关闭合时，二极管表现为反向偏置，电感器上的电流不断增加。现在，当开关打开时，电感器将产生一个力，使电流继续流动，电容器开始充电。通过连续打开和关闭开关，我们将在负载处接收到高于输入电压的电压。这样可以通过控制开关的导通（Ton）时间来控制输出电压，其中：

输出电压=输入电压/开关打开的时间百分比

③、降压-升压开关稳压器

降压-升压开关稳压器是降压和升压稳压器的组合，它提供的反相输出可以大于或小于所提供的输入电压。

当开关打开时，二极管表现为反向偏置，电感器存储能量，当开关关闭时，电感器开始释放反向极性的能量，从而为电容器充电。当存储在电感器中的能量变为零时，电容器开始以相反的极性向负载放电

由于这种升降压稳压器也称为反相稳压器，器输出电压定义为：

Vout = Vin (D / 1-D)

其中，D是占空比。因此，如果占空比低，则稳压器充当降压稳压器，而当占空比高时，稳压器充当升压稳压器。  

稳压器在电路中的实例演示

以下是正线性稳压器电路图：

这里使用7805 IC设计了一个正线性稳压电路。该IC具有提供5伏稳压电源的所有电路。输入电压应至少比额定值高2v，例如LM7805，这样至少应提供7v。

未稳压的输入电压提供给IC，我们在输出端获得稳压电压。IC的名称定义了它的功能，78代表正号，05代表稳压输出电压的值。正如在电路图中看到的，这里为7805IC提供9V电压，并在输出端获得+5V稳压。电容C1和C2用于滤波。

齐纳稳压器电路如下：

在这里，设计了一个使用5.1V齐纳二极管的齐纳稳压器。齐纳二极管用作传感元件。当电源电压超过其击穿电压时，它开始反向导通，并在其两端保持相同的电压并将多余的电流回流，从而提供稳定的输出电压。在这个电路中，提供9V的输入电压并获得接近5.1的稳压输出电压。

稳压器的应用

稳压器有很多应用，最常见的例子之一是移动充电器，适配器配有交流信号，不过输出电压信号是经过调节的直流信号。

世界上的每个电源都使用稳压器来提供所需的输出电压。计算机、电视、笔记本电脑和各种设备都使用这个概念供电。

小型电子电路依靠稳压器运行，即使是电压信号的最轻微波动也会损坏电路的组件，例如IC电路。

在发电系统方面，电压调节器在其运行中发挥着重要作用。太阳能发电厂根据阳光的强度发电，它需要一个稳压器来确保稳定的输出信号。