稳压电路5V转3.3V的经典方案总合

　　本文主要是关于稳压电路的相关介绍，并着重对稳压电路5V转3.3V的经典方案总合进行了详尽的阐述。

　　稳压电路

　　稳压电路是指：在输入电网电压波动或负载发生改变时仍能保持输出电压基本不变的电源电路。稳压电路分类繁多，按输出电流的类型分为：直流稳压电路和交流稳压电路。按稳压电路与负载的连接方式分为：串联稳压电路和并联稳压电路。按调整管的工作状态分为：线性稳压电源和开关稳压电源。按电路类型分为：简单稳压电源，反馈型稳压电源和带有放大环节的稳压电路

　　直流稳压原理

　　图1为典型的直流稳压器的框图。交流输入电压e1由变压器Tp变成电压e2，经整流、滤波

　　后向调整电路（稳压电路）输送一个不稳定的脉动的直流电压 。因 或稳压电路输出电流 的变动而引起输出电压 变化时，调整电路使 保持原值或者只有极小的变动。调整电路中的调整管工作在线性放大区的称为线性电源，工作在非线性区的则称为开关电源。线性电源分为简单稳压电路、并联稳压电路、串联稳压电路和集成化稳压电路。 ［1］

　　直流稳压电路

　　在输入直流电压和负载之间串联入一个三极管，用三极管的管压降代

　　替稳压二极管电路中的稳压电阻R。当 或 变化引起输出电压 变化时， 的变化将反映到三极管的发射结电压 上，引起 的变化，从而调整 ，以保持输出电压的基本稳定。根据三极管所起的作用，称为调整管。由于调整管与负载是串联关系，所以图15-2-1称为串联型稳压电路。它主要由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件组成。比较放大可以是单管放大电路、差动放大电路、集成运算放大器。调整元件可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联，取样电路取出输出电压 的一部分和基准电压VREF比较。 ［2］

　　开关稳压电路

　　开关型稳压电路具有体积小、效率高的特点。线性电源的效率为30%

　　～55%；而开关稳压

　　器可达60%～85%，而且可以省去工频变压器和巨大的散热器，体积和重量都大为减小。这种电路已在各种电子设备中获得广泛的应用。

　　常用的实现开关控制的方法；有自激式开关稳压器、脉宽调制式开关稳压器和直流变换式开关稳压器等。

　　如图是采用直流变换器的开关稳压电路的框图。对工频电压直接整流-滤波后获得的直流电压，由开关管变为高频电压。后者经高频换流变压器变为一定的电压，再经高频整流－滤波以后给出所需的输出电压u0；开关管的工作受脉冲调制器和驱动放大器的控制。当输出电压u0发生变化时，来自输出端的取样信号经比较电路产生误差信号，然后通过脉冲调制器来控制开关管的开关工作比，从而使直流变换器的输出保持稳定。开关管是在饱和区断续工作的，所以功耗较线性电源的调整管为小，因而效率较高。大功率电力稳压器是有补偿变压器，调压器，控制电路，检测电路和操作电路组成。 ［1］

　　串联稳压电路

　　如图所示的是简单的串联型稳压电源。 是调整管，调节输出电压，它与负载电阻是串联的，所以称为串联型稳压电源。 给 提供合适的偏置，使 工作在放大状态;利用三极管电流放大作用可以提高输出电流。同时 还是限流电阻，保护 管。 管稳定三极管 基极的电位。

　　简单串联型稳压电路的优点是电路简单，调试方便。由于三极管具有电流放大作用，使它的输出电流较大。但是它的输出电压仍然不能调节， 而 基本上是不变。稳压灵敏度不够，稳压效果差，所以要进行改进。

　　稳压电路5V转3.3V的经典方案总合

　　本文给出5V到3.3V的电源设计方案。一般电流要求的电源可以用简单的线性稳压器。较高电流要求需要开关稳压器方案。成本敏感的应用需要简单的分立二极管稳压器。三种电源方案的比较见表1。

　　

　　采用LDO的5V到3.3V电源

　　标准3端线性稳压器压降通常为2.0~3.0V。5V到3.3V变换排除采用这种3端线性稳压器。低压降（LDO）稳压器的压降为几百毫伏，所以适合于此应用。图1示出基本的LDO系统。LDO由4个主要元件组成：

　　·通路晶体管；

　　·带隙参考；

　　·运放；

　　·反馈电阻分压器。

　　在选择LDO时，重要的是要了解LDO间的差别。器件静态电流、封装尺寸和类型是器件的重要参量。针对专门应用评估每个参量会获得最佳设计。

　　LDO的静态电流IQ是器件无载工作时的地电流IGND。IGND是LDO用来执行稳压工作的电流。LDO的效率当IOUT》》IQ时可近似于输出电压与输入电压之比。然而，在轻载时，计算效率必须考虑IQ。具有较低IQ时LDO有较高的轻载效率。轻载效率的增大对LDO性能有负面影响。具有较高静态电流的LDO能快速响应瞬时线路和负载变化。

　　采用齐纳二极管的低成本电源方案

　　用1个齐纳二极管和1个电阻器可以构成一个简单的低成本3.3V稳压器。在很多应用中，此电路是替代LDO稳压器的一种经济方案。然而，这种稳压器比LDO更敏感于负载。另外，它的效率较低，功率总是消耗在电阻R和二极管D上。R限制到二极管和MCU的电流，因而MCU的VDD保持在可允许的范围内。因为跨接在齐纳二极管上的反向电压随流经的电流变化而变化，所以要仔细地考虑R值。在最大负载（MCU正在运行）时R的值必须使跨接在R上的压降足够低以使MCU有足够电压来工作；在最小负载（MCU处于复位状态）时R的值必须使VDD不超过齐纳二极管的电源额定值或MCU的VDD最大值。

　　采用三个整流二极管的低成本电源

　　也可以用三个正向串联开关二极管降压为MCU供电（图2）。这比齐纳二极管稳压器更经济。这种电路吸入的电流比用齐纳二极管要小。根据所选二极管正向压降是流经二极管电流的函数。电阻R1保持MCU的VDD电压不超过最小负载（当MCU处于复位或休眠状态时）时的最大VDD。所选二极管D1-D3必须在最大负载（MCU处于运行状态）时跨接在D1-D3上的压降足够小，以满足MCU最小VDD要求。

　　

　　采用开关稳压器的电源方案

　　图3所示降压开关稳压器是一种电感器基变换器，用于降压输入电压源到较低的输出电压。控制MOSFET Q1的导通时间可实现输出调整。由于MOSFET是处于低或高电阻状态（分别为ON或OFF），所以高的源电源可以非常有效地变换到较低的输出电压。

　　在Q1两个状态（ON和OFF）期间平衡电感器的电压一时间可以建立输入和输出之间的关系：

　　（VS-VO）×ton=VO×（T-ton）

　　其中T=ton/Duty-Cycle

　　MOSFET Q1占空比为：

　　Duty-CycleQ1=VO/VS

　　电感器值的选择原则是：所选其数值使在电感器中所产生的最大峰一峰值纹波电流等于最大负载电流的10%：

　　V=L×（di/dt）

　　L=（VS-VO）×（ton/IO×0.10）

　　选择输出电容器值的原则是：置LC滤波器特性阻抗等于负载阻抗。这使得工作在满载和负载突然去除时所产生的电压过冲在可接受的范围内。

　　C=L/R2=（IO2×L）VO2

　　D1二极管选择原则是：所选器件有足够的电流额定值来处理脉冲周期放电期间的电感电流。

　　一种超级实用的3.3V/5V双向电平转换电路

　　

　　这个电路，就是完成3.3V和5V电平的双向转换用的，以SDA为例说明电路的原理：

　　1、SDA1 = 0 V 那么 SDA2 = 0V ，因为此时Mos管导通，SDA1 为 0V ，将拉低 SDA2 的电平，使之为 0V ；

　　2、SDA1 = 3.3V 那么 SDA2 = 5V，因为此时Mos管截止，SDA2 将被上拉电阻拉高到 5V ；

　　3、SDA2 = 0V 那么 SDA1 = 0V，因为Mos管内部的二极管，将会把 SDA1 拉低，使得 SDA1 的电压约为 0.7V （内部二极管的压降），此时 Vgs 大于Mos管的阙值电压从而使得Mos管导通，一旦导通，SDA1 将和 SDA2 处于同一个电平——低电平，所以 SDA1 为 0V 。

　　4、SDA2 =5V 那么 SDA1 = 3.3V，因为此时Mos管截止，SDA1 将会被上拉到 3.3V 。

　　5、这个电路的速度不能过高，但达到 1M 还是没问题的，再高可能就出问题了。

　　

　　结语

　　关于稳压电路的相关介绍就到这了，如有不足之处欢迎指正。

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