引言
直流稳压电源是电子系统的核心组成部分，为各类电路提供稳定、可靠的供电。随着电子设备对电源的要求日益严苛（如多电压、低噪声、高效率等），设计一款高性能的稳压电源成为工程师的必备技能。本文将从基础概念、技术指标到设计实践，全面解析线性稳压电源与开关稳压电源的设计方法。
一、直流稳压电源概述
1.1 供电形式
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在线式电源：由电网供电，需将交流电（AC）转换为直流电（DC），典型结构为 AC/DC模块 + 变压器 + 整流 + 滤波 + 稳压。
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离线式电源：由电池供电，需结合充电管理模块与稳压电路。
1.2 稳压电路分类
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线性稳压电路：结构简单、噪声低，但效率较低（约50%），适用于小电流场景（如参考源）。
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电感型开关稳压电路：效率高（>80%），但存在电磁干扰（EMI）问题。
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电荷泵开关稳压电路：无需电感，体积小，适合低压差场景。
二、直流稳压电源的关键技术指标
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输出电压（VO）：电源正常工作时的标称电压值。
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最大输出电流（IOmax）：电源能持续提供的最大电流。
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纹波电压（ΔVOpp）：叠加在直流输出上的交流分量，通常为mV级，需用示波器测量。
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调整率：
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电压调整率：输入电压变化时，输出电压的相对变化。
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负载调整率：负载电流变化时，输出电压的相对变化。
效率（η）：输出功率（VO×IO）与输入功率（VI×II）的比值。
三、线性稳压电源设计
3.1 典型方案
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并联型稳压电路：适用于低电流场景（如基准电压源）。
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串联型稳压电路：最常用方案，如 7805（+5V） 和 7905（-5V） 三端稳压器。
3.2 设计实例
需求：设计输出±5V、1A的线性稳压电源，输入为220V±10%、50Hz交流电。
步骤：
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原理图设计：
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变压器副边电压计算：V2 ≈ VI/(1.1~1.2)。
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选择合适的三端稳压器（如7805/7905），注意散热与输入电压范围。
滤波电容选取：输出电流越大，电容容量需越大（通常为数千μF）。
整流二极管选型：反向耐压需高于变压器副边峰值电压，额定电流需大于最大负载电流。
过流保护：可加入保险丝或电子限流电路。
实物图示例：
四、开关稳压电源设计
4.1 DC/DC变换器类型
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降压型（Buck）：输入电压 > 输出电压，典型芯片如 TPS5430。
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升压型（Boost）：输入电压 < 输出电压，典型芯片如 LM2662。
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极性反转型（Buck-Boost）：输出电压极性与输入相反，如 TPS6735。
4.2 设计要点
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Buck电路示例：将+15V降至+3.3V，使用TPS5430芯片，关键参数包括电感值、输出电容及反馈电阻。
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效率优化：采用同步整流（内置MOS管替代二极管），如MCP1640芯片可将效率提升至90%以上。
实物图示例：
五、设计经验与注意事项
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散热处理：线性稳压器需加装散热片，开关电源需注意电感与MOS管的温升。
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噪声抑制：
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线性电源：增大滤波电容，加入π型滤波。
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开关电源：优化PCB布局，增加EMI滤波器。
保护措施：过压、过流、短路保护电路不可或缺。
结语
直流稳压电源设计需综合考虑性能指标、成本与体积。线性电源适合低噪声场景，而开关电源在高效率、大功率场景中更具优势。
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