原理

線(xiàn)性穩壓

線(xiàn)性電源（Linear power supply）是先將交流電經(jīng)過(guò)變壓器降低電壓幅值，再經(jīng)過(guò)整流電路整流后，得到脈沖直流電，后經(jīng)濾波得到帶有微小波紋電壓的直流電壓。

LDO：低壓差線(xiàn)性穩壓器，故名思意，為線(xiàn)性的穩壓器，僅能使用在降壓應用中。輸出電壓必須小于輸入電壓。

線(xiàn)性電源一般用在壓差比較小，電流比較小的場(chǎng)合，否則，應該改用開(kāi)關(guān)電源電路。

工作原理

線(xiàn)性電源主回路的工作過(guò)程是輸入電源先經(jīng)預穩壓電路進(jìn)行初步交流穩壓后，通過(guò)主工作變壓器隔離整流變換成直流電源，再經(jīng)過(guò)控制電路和單片微處理控制器的智能控制下對線(xiàn)性調整元件進(jìn)行精細調節，使之輸出高精度的直流電壓源。線(xiàn)性穩壓電源經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩壓實(shí)現電源穩壓。

一般來(lái)說(shuō)，線(xiàn)性穩壓電源由調整管、參考電壓、取樣電路、誤差放大電路等幾個(gè)基本部分組成。另外還可能包括一些例如保護電路，啟動(dòng)電路等部分。下圖是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的線(xiàn)性穩壓電源原理圖（示意圖，省略了濾波電容等元件），取樣電阻通過(guò)取樣輸出電壓，并與參考電壓比較，比較結果由誤差放大電路放大后，控制調整管的導通程度，使輸出電壓保持穩定。

由于調整管相當于一個(gè)電阻，電流流過(guò)電阻時(shí)會(huì )發(fā)熱，所以工作在線(xiàn)性狀態(tài)下的調整管，一般會(huì )產(chǎn)生大量的熱，導致效率不高。

線(xiàn)性穩壓電源構成：

優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：

     效率低；發(fā)熱；沒(méi)有超大功率的電源供選擇，負載不能太大，目前的LDO為5A（但要保證5A的輸出還有很多的限制條件）輸入輸出的電壓差不能太大（電壓差越大則損耗越大，發(fā)熱越明顯）。

常見(jiàn)芯片：

開(kāi)關(guān)穩壓

工作原理：

如圖所示，電路由開(kāi)關(guān)K（實(shí)際電路中為三極管或者場(chǎng)效應管），續流二極管D，儲能電感L，濾波電容C等構成。當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源通過(guò)開(kāi)關(guān)K、電感L給負載供電，并將部分電能儲存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在開(kāi)關(guān)接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達到電源電壓值。一定時(shí)間后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于電感L的自感作用（可以比較形象的認為電感中的電流有慣性作用），將保持電路中的電流不變，即從左往右繼續流。這電流流過(guò)負載，從地線(xiàn)返回，流到續流二極管D的正極，經(jīng)過(guò)二極管D，返回電感L的左端，從而形成了一個(gè)回路。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閉合跟斷開(kāi)的時(shí)間（即PWM——脈沖寬度調制），就可以控制輸出電壓。如果通過(guò)檢測輸出電壓來(lái)控制開(kāi)、關(guān)的時(shí)間，以保持輸出電壓不變，這就實(shí)現了穩壓的目的。

在開(kāi)關(guān)閉合期間，電感存儲能量；在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，電感釋放能量，所以電感L叫做儲能電感。二極管D在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，負責給電感L提供電流通路，所以二極管D叫做續流二極管。

在實(shí)際的開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)K由三極管或場(chǎng)效應管代替。當開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電流很??；當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電壓很小，所以發(fā)熱功率U×I就會(huì )很小。這就是開(kāi)關(guān)電源效率高的原因。

使用：在開(kāi)關(guān)性穩壓器輸出端接入低壓差線(xiàn)性穩壓器，就可以實(shí)現有源濾波，而且也可大大提高輸出電壓的穩壓精度，同時(shí)電源系統的效率也不會(huì )明顯降低。

開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)：

1、體積小、重量輕：由于沒(méi)有工頻變壓器，所以體積和重量只有線(xiàn)性電源的10～30%。
2、功耗小、效率高：功率晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以晶體管上的功耗小，轉 化效率高，一般為60～95%，而線(xiàn)性電電源只有20～40%。

開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)：

輸出紋波電壓較高，噪聲較大，電壓調整率等性能也較差，特別是對模擬電路供電時(shí)，將產(chǎn)生較大的影響。

開(kāi)關(guān)電源構成：

Ui為整流濾波后的直流電壓、Uo為轉換后的直流輸出電壓、DC-DC轉換器用于功率轉換。

常見(jiàn)芯片：

反壓保護

電源的輸出端口通常會(huì )采用一個(gè)反向二極管來(lái)保護電源避免受到反向電壓的損壞！幾乎絕大部分的直流電源都會(huì )在輸出端口添加一個(gè)甚至多個(gè)電解電容。這些電容起到濾除輸出紋波和噪聲，而且提供額外的電能用于減小在負載電流動(dòng)態(tài)變化時(shí)電壓突升或突降的幅度。電解電容可以承受一些反向電壓，但也不會(huì )很高，一般在1V到1.5V，過(guò)高的反向電壓會(huì )導致電解電容的泄漏甚至更糟糕的情況…。。譬如爆炸！反向保護二極管可以限制電解電容的方向電壓在二極管的導通電壓以?xún)?，而且保護二極管的耐流值至少應該與電源的輸出最大電流一致。

對于線(xiàn)性電源，必須在電源的輸出端，按照上圖的方式添加反向保護二極管，即二極管的陰極連接到電源的正極，陽(yáng)極連接到電源的負極。

但對于開(kāi)關(guān)電源，反向保護二極管其實(shí)已經(jīng)隱藏在的它的電路之中，如下圖所示：

對保護電路要求更高的場(chǎng)合，我們還可以使用增強型NMOS管保護電路

芯片分析

• 3.3V供電推薦：AZ1117CH-3.3TRG1（商業(yè)級），或者AZ1117H-3.3TRE1（工業(yè)級）。
• 5V供電推薦：AS78L05RTR-E1（貼片），LR78L05（插件）
• 商業(yè)級的溫度只能到-25℃，工業(yè)級可以到-40℃，另外工業(yè)級的更可靠。

由于要驅動(dòng)電機，需要較大電流，根據實(shí)際選用輸出電流較大的LM2596，可輸出最大3A電流來(lái)驅動(dòng)電機

舵機需要300MA 電流來(lái)正常工作

RS-380電機參數電壓范圍：3-9V 
額定電壓：7.2V 
空載轉速：16200轉/分
空載電流：0.5A 
最大效率時(shí)轉速：14060轉/分
最大效率時(shí)電流：3.29A 
最大效率時(shí)功率：16W 
最大效率時(shí)扭矩：10.9mN.m 
堵轉時(shí)扭矩：82.3 mN.m 
堵轉時(shí)電流：21.6A

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

電源電路的PCB布局

• 每條線(xiàn)的寬度不是隨便設的，是要根據原理圖里元件節點(diǎn)間的電流大小來(lái)確定的。電流大小、電流流向要搞清楚，做板才恰到好處。
• PCB 設計時(shí)，元件的布局要緊湊，要讓所有的連線(xiàn)盡可能短，要按原理圖元件功能關(guān)系去布局元件與走線(xiàn)。
• 除此之外，我們不僅要考慮正電源的流向問(wèn)題，還必須考慮地回流問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)，正電源線(xiàn)和地回流線(xiàn)要盡可能同進(jìn)同出，彼此離近點(diǎn)。
• 對于線(xiàn)性電源，當壓降較大時(shí)，芯片上會(huì )有很大的熱量散失，布板時(shí)要根據散熱功率來(lái)留出足夠的散熱空間或合理的散熱片。
• 電壓檢測的反饋線(xiàn)引入點(diǎn)問(wèn)題，應該是經(jīng)過(guò)濾波后的地方反饋回去，不然會(huì )使輸出的電壓紋波更大。
• 電感下面盡量不要走線(xiàn)，電感中存在di/dt，可能會(huì )對信號線(xiàn)造成干擾，導致產(chǎn)品不能穩定工作。

參考鏈接：

常見(jiàn)穩壓芯片及運放芯片

常用穩壓芯片參數對照表

線(xiàn)性穩壓電源和開(kāi)關(guān)穩壓電源詳解

最全的反向電壓極性保護電路

線(xiàn)性穩壓電源的工作原理是怎么樣的詳細圖文詳解