9個穩壓器選型要素總結

今天給大家分享的是：穩壓器選型、如何選擇合適的穩壓器。

一、什么是穩壓器？

穩壓器是一種電路，可以產生并保持固定的輸出電壓，不管輸入電壓或負載條件如何變化。穩壓器 (VR) 將電源電壓保持在與其他電子元件兼容的范圍內。雖然穩壓器最常用于 DC/DC 電源轉換，但有些也可以執行 AC/AC 或 AC/DC 電源轉換。

穩壓器通常用于需要微調電壓的地方。例如：在無線電話中，可能會有一個交流適配器?？梢詫?20VAC 電源轉換為 8VAC。然后在手機底座內部，也會有一個穩壓器，可以為底座中的電子設備提供所需的直流電壓。

在復雜的機電設備中，不同的原件需要不同的電壓，對穩壓器的需要就更為明顯。例如：計算機會使用墻上的插頭適配器將 120VAC 轉換為較低電壓。然后主板、冷卻風扇和硬盤驅動器等不同的內部組件需要特定的電壓才能運行。這里就介紹一下怎么選擇合適的穩壓器。

二、穩壓器的類型

穩壓器可分為2大類：

降壓：輸出電壓低于輸入電壓

升壓：輸出電壓大于輸入電壓

如果你確定了你的輸入和輸出電壓，可以幫助你選擇哪一種穩壓器。

從另一方面來分，分為2類：

線性：簡單、便宜且無噪音，但電源效率可能較低，通常來說線性穩壓器只能降低電壓。

開關：電源效率高、但復雜、昂貴并且輸出噪聲更大。

線性穩壓器

線性穩壓器使用晶體管和反饋控制環路來調節輸出電壓。線性穩壓器只能產生低于輸入電壓的輸出電壓。

線性穩壓器比開關穩壓器便宜得多且使用起來更簡單，通常來說是首選，如果你不想使用線性穩壓器的原因應該是功耗太高或者升壓電壓。

三、穩壓器的選擇

1、輸入電壓與輸出電壓

選擇穩壓器的第一步是確定你將使用的輸入電壓和輸出電壓。線性穩壓器需要高于額定輸出電壓的輸入電壓。如果輸入電壓小于所需的輸出電壓，則會導致電壓不足的情況，從而導致穩壓器掉落并提供未穩壓的輸出。

如，如果使用具有 2V 壓降電壓的 5V 穩壓器，則輸入電壓應至少等于 7V以實現穩壓輸出，輸入電壓低于 7V 將導致輸出電壓不穩定。

穩壓器

針對不同的輸入和輸出電壓范圍，有不同類型的穩壓器。例如，你需要一個用于 Arduino Uno 的 5V 穩壓器和一個用于 ESP8266 的 3.3V 穩壓器，你甚至可以使用可用于一系列輸出應用的可變電壓調節器。

2、壓差

穩壓器的壓降可以定義為輸入和輸出電壓之差。例如，調節器 (7805) 的最小輸入電壓為 7 V，輸出為 5 V，因此 7805 的壓差為 2 V。如果輸入電壓小于 7 V，則輸出 (5 V) 加上壓降 (2 V) 會導致不受調節的輸出，在應用中是很危險的。

不同的穩壓器可能有不同的壓降電壓；假設可以找到具有不同壓降電壓的一系列 5 V 穩壓器。具有極低壓差電壓的線性穩壓器可以非常高效。因此，如果使用電池作為電源，則可以使用低壓差穩壓器來提高效率。

3、功耗

雖然線性穩壓器便宜且易于使用，但主要缺點是可能浪費大量功率。這會導致電池過度消耗、過熱或產品損壞。如果你的電池產品以熱量的形式浪費掉，那么電池耗盡的速度會很快，如果不是電池產品的電能以熱量的形式浪費掉，也會導致設計出現其他問題。事實上，在某些條件下，線性穩壓器會產生大量熱量，以至于它基本上會自毀。

使用線性穩壓器時，首先要確定穩壓器將耗散多少功率。

對于線性穩壓器，使用等式：

功率 =（輸入電壓 – 輸出電壓）x 電流 （等式 1）

可以假設輸出電流（也稱為負載電流）與線性穩壓器的輸入電流大致相同。實際上，輸入電流等于輸出電流加上線性穩壓器執行調節功能所消耗的靜態電流。對于大多數穩壓器而言，靜態電流與負載電流相比非常小，因此假設輸出電流等于輸入電流就足夠了。

從等式 1 中可以看出，如果穩壓器兩端存在較大的電壓差 (Vin – Vout) 和/或高負載電流，則穩壓器將耗散大量功率。例如，如果輸入為 12 V，輸出為 3.3 V，則電壓差計算為 12 V – 3.3 V = 8.7 V。

如果負載電流為 1 A，則意味著穩壓器必須耗散 8.7 W 的功率，能量浪費太多了，并且超過了任何線性穩壓器能夠處理的范圍。另一方面，如果你有一個高壓差，但你只運行幾毫安的負載電流，那么功率就會很小。

例如，在上述情況下，如果現在僅運行 100 mA 的負載電流，則功耗將降至僅 0.87 W，這對大多數線性穩壓器都會更好運行。

選擇線性穩壓器時，僅僅確保輸入電壓、輸出電壓和負載電流滿足穩壓器的規格是不夠的。

例如，假設有一個額定電壓高達 15 V 和電流為 1 A 的線性穩壓器。你可能會想：可以在輸入端施加 12 V，在輸出端施加 3.3 V，并以 1 A 運行，對吧？

但其實這是錯誤，你必須要確保線性穩壓器可以處理那么大的功率，這樣做的方法是根據穩壓器必須耗散的功率來確定穩壓器會發熱多少。

因此，首先使用上面的公式 1 計算線性穩壓器將耗散多少功率。其次，查看調節器數據表中“熱特性”下的名為“Theta-JA”的參數，該參數以 °C/W（°C 每瓦）為單位報告。Theta-JA 表示芯片將加熱到高于環境空氣溫度的度數，每瓦特功率它必須耗散。

只需將計算出的功耗乘以 Theta-JA，就可以知道線性穩壓器在該功率下會發熱多少：

功率 x Theta-JA = 高于環境溫度 （公式 2）

假設穩壓器具有每瓦 50°C 的 Theta-JA 規格，這意味著如果產品正在消耗：

1瓦，加熱50°C。

2瓦，加熱100°C。

? 瓦，加熱 25°C。

需要指出的是，上面計算的溫度表示高于環境空氣溫度的溫差。

假設計算出在功率條件下，穩壓器將耗散 2 瓦的功率，你將其乘以 Theta-JA 并確定它會升溫 100°C。這里比較重要的是，不要忘記添加環境空氣溫度，室溫通常為 25°C。因此，應該將 25°C 添加到 100°C，現在溫度高達 125°C。

125°C 是大多數電子元件的額定最高溫度，因為不能超過125°C。

在達到約 170°C 至 200°C 之前，通常不會損壞產品。不過大部分穩壓器都具有熱關斷功能，在50°C 左右觸發，因此它們會在造成任何損壞之前立即關閉。但是，一些穩壓器沒有熱關斷功能，因此可能會因為耗散過多的功率而損壞穩壓器。

另一件需要考慮的事情是氣溫可能并不總是 25°C。

假設穩壓器在加載時仍會升溫 100°C，但現在環境溫度為 50°C（例如在炎熱的夏日在封閉的汽車內）?，F在你有 50°C 加 100°C，加載時最高可達 150°C。已超過指定的最高溫度，正處于觸發熱關機的邊緣。

運行穩壓器使其經常超過 125°C 的規定溫度可能不會立即造成損壞，但會縮短組件的使用壽命。

4、效率

效率是輸出功率與輸入功率之比，它與輸出電壓與輸入電壓之比成正比。因此穩壓器的效率直接受壓差電壓和靜態電流的限制，因為壓差電壓越高，效率越低。

為了獲得更高的效率，必須將壓降和靜態電流降至最低，并且必須將輸入和輸出之間的電壓差降至最低。

5、電壓精度

穩壓器的精度取決于以下因素：

線路調節

負載調節

參考電壓漂移

誤差放大器電壓漂移

溫度系數

典型線性穩壓器的輸出電壓規格可確保穩壓電壓在標稱電壓的 5% 以內。因此，如果使用穩壓器為數字 IC 供電，則 5% 的容差不是什么大問題。

6、負載調節

電路在不斷變化的負載條件下保持一定輸出電壓的能力稱為負載調節，可以表示為：

負載調整率 = ?V out/ ?I out

7、線路調節

電路在變化的輸入電壓條件下保持一定輸出電壓的能力稱為線路調節?？梢员硎緸椋?/p>

負載調整率 = ?V out / ?V in

8、噪音

開關穩壓器提供比線性穩壓器更高的效率，但它們會產生更多噪聲。當穩壓器輸出高電流時，不必要的電子噪聲會干擾其他電路。如果想讓產品進入市場，獲得 EMC 認證可能會比較困難，如果你的PCB板上其他電路比較敏感（例如：純模元件），那么最好選擇線性穩壓器

選擇具有高功率損耗的穩壓器損耗會非常大，線性穩壓器噪音較小，但效率非常低（LDO 除外），這意味著一些功率會轉化為熱量。如果穩壓器將在高電流下運行，應該在板上安裝散熱器。如果在電路板上沒有足夠的空間放置散熱器或者擔心功耗，那么開關穩壓器可能是更好的選擇。

9、頻率響應

當輸出電流快速變化時，輸出端會出現一個小尖峰。穩壓器需要一些時間才能切換回相同的電壓，這稱為瞬態響應。瞬態響應通常是輸出電容和負載電流的函數?？焖偎矐B響應確保穩壓器可以提供所需的功率。檢查組件數據表并查找應該在穩壓器輸出中包含的推薦旁路電容。

審核編輯：湯梓紅