IC 7805 線性模式

線性電源 我們假設(shè)大多數(shù)讀者已經(jīng)使用過(guò)78xx系列穩(wěn)壓器，其基本示意圖如圖1所示。

對(duì)于 7805，輸出當(dāng)然固定在 5 V 的電位，輸入必須至少接收 7.5 V 才能正常工作。兩個(gè)電容器是去耦電容器，可防止穩(wěn)壓器可能的振蕩。

C1是“儲(chǔ)能”電容器，用于濾除來(lái)自整流器的直流電壓。另一個(gè)“儲(chǔ)能”電容通常在輸出端（C2）提供，但容量較小。

這種類型的電源長(zhǎng)期以來(lái)一直令人滿意，但它有一個(gè)主要缺陷：一旦提供給負(fù)載的電流超過(guò)幾十毫安，穩(wěn)壓器就會(huì)開(kāi)始顯著升溫。

如果希望為 TO1 封裝提供 220 A的最大允許電流，則必須使用相當(dāng)大的散熱器。這種耗散的熱量是對(duì)我們?cè)噲D盡可能限制的能量浪費(fèi)，尤其是在用電池或蓄電池為原型供電時(shí)，以及當(dāng)人們想要獲得顯著的自主權(quán)時(shí)。

邁向交換拓?fù)?/p>

很明顯，需要一個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。要訪問(wèn)它，您可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，只需要在之前的電路圖中添加四個(gè)組件。您將在圖 2 中找到這種演變。

乍一看，這張圖可能看起來(lái)有點(diǎn)令人困惑，但你會(huì)發(fā)現(xiàn)操作很簡(jiǎn)單。需要考慮兩種操作條件：

負(fù)載中的電流小于 30 毫安

電流明顯更高。

在第一種情況下，調(diào)節(jié)器單獨(dú)執(zhí)行工作，互補(bǔ)組件處于非活動(dòng)狀態(tài)。因此，工作為線性模式（圖3a），輸出提供完全連續(xù)的5V電壓。在第二種情況下，負(fù)載使得消耗的電流大于30

mA。

您應(yīng)該知道，當(dāng)基極和發(fā)射極之間的電壓約為 1.4 V 時(shí)，達(dá)林頓晶體管會(huì)變得導(dǎo)電。

負(fù)載中的30 mA電流也通過(guò)電阻R1，因此其兩端出現(xiàn)1.41 V（47歐姆x 30 mA=R1兩端的壓降）的電壓。因此，晶體管通過(guò)電感L1傳導(dǎo)并向輸出提供電流。然后將能量傳輸?shù)捷敵觯瑸樨?fù)載供電。輸出電壓將很快超過(guò)5 V（圖3b）。

7805 穩(wěn)壓器可適應(yīng)這種情況，不再向負(fù)載提供電流。因此，R1中不再有電流，R1上不再有電壓，晶體管不再導(dǎo)電。這是波形相位（b）的結(jié)束。

我們提醒您，電感器（也稱為“線圈”）可防止通過(guò)它的電流的任何快速變化。晶體管不再導(dǎo)電，但由于其性質(zhì)，電感器反對(duì)電流的突然中斷。

它存儲(chǔ)了必須使用的電磁能量。它也被稱為“存儲(chǔ)電感器”或“扼流線圈”。這種能量可以繼續(xù)流過(guò)新的路徑，因?yàn)?a target="_blank">二極管D1直到現(xiàn)在還沒(méi)有發(fā)揮作用，它以自動(dòng)導(dǎo)電的方式放置（圖3c）。

因此，電感器可以繼續(xù)向負(fù)載提供電流，但它可以釋放的能量很低，輸出電壓會(huì)迅速降低。幾十微秒后，它將降至5V以下。因此，仍監(jiān)控輸出的穩(wěn)壓器將“恢復(fù)服務(wù)”并提供必要的電流。循環(huán)再次開(kāi)始，晶體管再次導(dǎo)電，為電感器供電等。

5 V左右的輸出變化很小，約為20 mV。它們可能因調(diào)節(jié)器制造商而異。周期的精確頻率取決于負(fù)載中的電流、穩(wěn)壓器的特性和電感值。它大約是 30kHz。

性能

為了證明這項(xiàng)技術(shù)的興趣，我們測(cè)量了該電源輸入和輸出端的電壓和電流，負(fù)載電阻為2.35 Ω（表I）。因此，負(fù)載中的電流接近2 A。

您可以看到，輸入端供應(yīng)的能量中約有 80%返回到負(fù)載。我們只損失“僅”20%的能量。如果我們使用常規(guī)法規(guī)，效率將在19%到48%之間。這一次，我們將損失50%到80%的能量，穩(wěn)壓器消耗的功率將是負(fù)載的四倍！

現(xiàn)在您明白了為什么開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器如今在大多數(shù)電子設(shè)備中使用。當(dāng)需要減少設(shè)備消耗時(shí)，它們是必不可少的。

注意這種電源的特殊性：當(dāng)輸入電壓增加時(shí)，提供給負(fù)載的電流減少。這令人驚訝，但完全正常，因?yàn)檩斎攵颂峁┑墓β蚀笾孪嗤≒ = 電壓 x 電流）。

在“線性”調(diào)節(jié)中，電流保持恒定（與負(fù)載相同），提供的功率變得越來(lái)越重要，這解釋了效率的差異。

然而，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器不僅具有優(yōu)勢(shì)。開(kāi)關(guān)產(chǎn)生高頻諧波：最好提供連接到地面的金屬外殼，以避免干擾敏感的電子設(shè)備。因此，它是一種不適合的技術(shù)，例如音頻前置放大器。

IC 7805 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路

最終原理圖如圖4所示。我們?cè)黾恿艘粋€(gè)整流橋，以便您可以直接使用來(lái)自變壓器次級(jí)的電壓。該電路非常簡(jiǎn)單，可以進(jìn)行所有類型的蝕刻。在直接蝕刻的情況下，請(qǐng)注意軌道的寬度，不應(yīng)太薄。

電感沒(méi)有臨界值。我們使用的是一個(gè)220 uH的自給，最大電流為5 A，來(lái)自電子擴(kuò)散。您可以使用 150 uH 到 800 uH之間的值，只是效率可能略有不同。磁芯和漆包線的尺寸必須為幾安培的電流。

晶體管必須是達(dá)林頓。我們選擇的BDX34A是大電流晶體管。D1是肖特基二極管，具有非常低的壓降和出色的開(kāi)關(guān)特性。如果使用簡(jiǎn)單的整流二極管，電路將正常工作，但二極管的發(fā)熱會(huì)很大，效率會(huì)顯著降低。

7805 可以是 78L05 塑料封裝 TO-92（如我們的原型機(jī)）或 7805 封裝 TO-220。在這兩種情況下，性能將保持不變。

我們使用的TO-220小型散熱器適用于在高達(dá)2 A的負(fù)載下消耗的電流。

除此之外，對(duì)于連續(xù)運(yùn)行，有必要調(diào)整其大小。請(qǐng)注意，使用適應(yīng)性良好的散熱器，該板可以提供 5 A 的電流。

如何使用

將電路板連接到 9 V 至 24 V RMS 之間的交流電壓，并在沒(méi)有任何負(fù)載的情況下測(cè)量輸出電壓。您應(yīng)該在 4.75 V 和 5.25 V之間。如果沒(méi)有，請(qǐng)仔細(xì)檢查穩(wěn)壓器的方向和R1的值。

然后，您可以將負(fù)載連接到輸出，例如簡(jiǎn)單的47 Ω / 1W電阻。輸送的電流足以使開(kāi)關(guān)處于活動(dòng)狀態(tài)。如果您仍然測(cè)量與負(fù)載不存在時(shí)相同的輸出電壓，則一切正常。否則，請(qǐng)檢查晶體管和二極管D1的方向。

如果您有示波器，則可以觀察晶體管集電極上的斬波電壓。然后，您可以可視化流過(guò)負(fù)載的電流對(duì)開(kāi)關(guān)頻率的影響。

結(jié)論

總而言之，這種簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器并不聲稱可以與可實(shí)現(xiàn)90%以上效率的專用電路的性能相匹配。

目標(biāo)主要是表明可以使用常用材料實(shí)現(xiàn)切換。這個(gè)簡(jiǎn)單的電路便于分析。使用專用電路時(shí)，工作原理保持不變。

現(xiàn)在您已經(jīng)了解了原理，您可以考慮通過(guò)簡(jiǎn)單地更改穩(wěn)壓器類型來(lái)獲得 5 V 以外的其他電壓：7812 表示 12 V，7815 表示 15V，依此類推。您甚至可以考慮使用LM317型可變調(diào)節(jié)器。