线性稳压器和开关稳压器比较

本文对线性稳压器和开关通过稳压器应用进行了分析比较，并介绍了在考虑能效的同时，如何进行相应需要考虑具有简洁性、低成本、稳定性等因素。

开关稳压器：高效但复杂

开关稳压器效率高，可方便地实现升压输出，降压输出和电压逆变。 目前的模块化芯片紧凑可靠，有许多供应商提供。 虽然开关调节器有许多优点，但也有缺点（表1）。

首先，开关稳压器是复杂的芯片，因此可能需要更多的设计工作，以确保新产品正常工作。 其次，电流开关稳压器集成度越高，成本越高，同时也需要增加芯片的尺寸。 最后，所有的高频开关都会产生噪音。

在高频工作管理模式下，开关稳压器会在输入和输出滤波器上产生不同电压和电流纹波，这是在设计中使用该器件所面临的主要研究问题。而解决学习这些社会问题进行需要发展时间和设计专业技能。

线性稳压器可以解决所有的开关稳压器的主要缺点。他们是简单，成本低，需要更少的外部元件，并且不因切换产生不必要的噪音。如表1所示，对于这些合适的线性调节器的应用的一个适当的选择是明智的。

仅支持降压工作模式

上段描述系统中有一关键词“恰当的应用”，那是我们因为一个线性稳压器存在一定局限性，这意味着它们之间可能不适合某些产品设计，但却会是另一些问题设计的合适之选。

例如，线性调节器的输出只能低于输入电压(“BUCK“)。 由于有限制，需要额外的电池来增加直流基本电源电压，以确保电压超过LDO所需的输入电压。 每个电压调节器需要使用五个标称电压为1至1.5伏特的电池，每个电池需要在其整个放电周期内确保可靠的5伏输出电压。 增加电池的额外成本很快就会超过使用更少电池运行的开关调节器的成本。 此外，额外的电池占据了宝贵的空间。

还有一个问题，如果产品中的元件需要比电压的所有其他元件都高，线性调节器调压器就不能实现提升输出。 还有一个类似的问题，在一些模拟电路中需要一个负电压，因为线性调节器调压器不能反转正电源，所以不能使用。

不如线性调节器的开关器件的效率，其电池寿命，因此没有限制，只要开关稳压器。更糟的是，如果电池还是有一定的权力，但输出电压低于所需的最小电压合成芯片，你将不能够使用的剩余容量。

相比发展之下，开关控制器件我们可以进行切换至升压模式，从而用尽电池的最后电量。

当电池直流源的初始电压高于实际所需的钢轨电压，且电池电压随着连续放电而降低到所需钢轨电压以下时，降压稳压器是非常实用的。 降压升压装置可以在两种模式下完美切换，即使电池电压下降到轨道电压以下，也可以获得所需的输出轨道电压。

在一些非常低功耗的应用中，以电池寿命为代价避免切换稳压器是可以接受的。 例如，消费者不太可能对一款线性调节器调压器电池寿命从12小时缩短至8小时的产品感到满意，但如果价格足够便宜，消费者可能会接受低功耗产品的电池寿命从6个月缩短至5个月。

线性稳压器的高能效范围

线性调节器可能无法达到变换器或开关调节器的总效率，但它仍然有它自身的优点，当输入和输出降低之间的电压差，调节器将增加能量效率。当输入电压的正上方的输出电压，线性稳压器的能量效率接近95-99％。

这种行为特征研究表明在特定技术应用中的线性稳压器整体管理效率要高于仅做简单可以直接进行比较而得出的结果。因此我们务必考虑企业产品设计工作期间内电池的完整放电特性，并确定该段时间内的平均效率以获得精确数值（图 1）。

图1：线性调节器的能量效率和电池电压三个AA碱性电池（100毫瓦的恒定功率负载）系统之间的关系;注释如何调节器作为电压降增大的能源效率。 （来源：美信集成）

尽管电池满电量时能效约为 73%，但整个放电周期内的平均能效为 85%。应该可以将此数值与开关稳压器等效数据信息进行分析比较，因为一个开关稳压器电池工作效率问题不会影响随着我国电压质量下降而升高。

再看图1，我们会发现，20小时后，虽然电池仍然有一些电，但输入和输出电压差太小，无法调整电压，然后停止工作。 实际供应给产品的电池累计总功率为：

停电前电池能量使用的平均调节效率百分比

85％×80％= 68％。

选择较低压差特性的 IC 确保耗尽自己更多的电池进行电量，从而可以提高工作效率。

“压差”是指调节系统停止前输入和输出工作电压的差值。如图 1 示例如下所示，如果一个线性交流稳压器更换成学生具有更高压差的器件（3.4 至 3.0 伏），电池技术可以多使用 2.5 小时，电池进行能源资源利用率将提高至：

85% × 90% = 76.5%

仔细查看由制造商提供的说明书，如一些所谓的“低压差”输入（LDO）设备/输出压力是非常大的。这意味着停止工作之前，电池仍然含有大量的电力。请注意，压力可能会随负载电流的变化而变化。

LDO 选择与实现

对于我们希望在特定技术应用中选择可以使用 LDO 以便进行充分开发利用线性稳压器优势的设计工程师企业来说，很可能会在中国市场上纷繁芜杂的选择自己面前不知所措。虽然外观简洁，但一般的 LDO 规格书除基本的规格表通常还有就是二十、三十甚至需要更多性能图。这些图展现了静态和动态系统性能分析以及在不同社会工作生活场景和条件下的功能。

在便携式应用的LDO设备中，许多设备适用于宽的输入和输出电压范围。 有的有固定输出电压，有的有用户可调输出电压，有的可提供负输入脱轨。 一些LDO更通用，具有备份电源，而另一些LDO则专门为特定应用程序优化一个或多个参数。 下面的例子显示了市场上LDO的多样性。

汽车：Maxim Integrated MAX16910 是用于中国汽车技术应用的 200 mA 超低静态分析电流 LDO。除了需要具备一个基本结构性能，该器件还适用于企业要求进行严苛的汽车发展应用研究环境。具有 +45 伏的抗瞬变输入输出电压，可以有效应对“负载压力突降”状况信息并在该状况下工作，还可提高工作于（指定值）-40°C 至 +125°C 的汽车使用温度变化范围（图 2）。在 +3.5 伏至 +30 伏的输入信号电压下工作，仅消耗 20 微安 (?A) 空载以及静态稳定电流，在用户管理控制电路关断系统模式下仅为 1.6 μA。

图2: 美信集成产品的 max16910非同寻常，因为它满足了汽车保修功能的严格要求，并且在零下40摄氏度至 + 125摄氏度的温度范围内工作良好(照片: 美信集成产品)

负电压：设计不仅负电压转换器反向连接，而且要接地参考拓扑问题和其他问题。因此，负电压，需要特定类型的LDO。在ADI ADP7183具有负输入/输出电压和超低噪声特性（图3）。

这些 IC 在 ?2.0 伏至 ?5.5 伏的输入信号电压下工作，最高发展提供 ?300 毫安 (mA) 的输出一个电流。该器件可以提供 15 种 ?0.5 伏至 ?4.5 伏的固定资产输出控制电压进行选择，或具有在 ?0.5 伏至 ?VIN + 0.5 伏范围内可调节的输出系统电压。此外，输出数据噪声在 100 Hz 至 100 kHz 时仅为 4 μVRMS，噪声谱密度在 10 kHz 至 1 MHz 时为 20 nV/√Hz。最后，典型代表电源通过抑制比 (PSRR) 在 10 kHz 时为 75 dB；100 kHz 时为 62 dB；1 MHz 时为 40 dB。

（？的示意图称为上文3.3伏）;图3：该装置可以被配置为固定输出电压，或者用户可以（在2.5伏以下图中本文所提及模拟器件ADP7183系列往往实际上是负电源/负输出集合的应用程序？）调整输出电压。 （来源：ADI公司）

固定/可变双输出：通常一般情况下，一些企业应用发展不仅仅我们需要进行一个单通道 LDO，因此 Texas Instruments 推出产品具有重要一个 2.5 伏固定资产输出工作电压和一个可调节系统输出控制电压的 LFC789D25 双通道线性控制器。控制器的输出数据可以通过驱动以及外部 N 沟道 MOSFET，因此产生电流可能影响相对成本较高，达 3 A（典型值）。这种 IC 适用于 DDR1 存储器电压 (VDDQ) 和缓冲器 VREF 等应用（图 4）。内部管理基准的温度补偿技术性能研究具有 2% 容差，足以能够满足学生这种学习情况。

图4：德州仪器LFC789D25双路控制器具有固定的输出电压和可调的输出电压，可以满足DDR1和类似内存阵列等重要应用的需要。 （图片来源：德州仪器）。

近零静态电流: 对于电池供电的应用，可用能源的使用是实现耐久性目标的关键。 Richtek rt9069系列特辑2？ A 的静态智商超低。 使引脚允许这些集成电路处于深度休眠状态，此时静态电流为零。

该LDO供应高达200毫安的36伏工作3.5V的输入电压范围宽。它们提供2.5,3.3,5,9固定输出电压或12伏。该LDO保持稳定超过输入电压和输出电流范围的整个范围中，除了对于大多数最LDO外部输入平滑电容器的要求的标准，仅使用单个陶瓷输出电容器（图5）。

图 5：Richtek RT9069 系列研究旨在将高度发展受限的电池进行供电型应用的续航以及时间价值最大化，它们之间具有 2 ?A 的静态工作电流，且当处于国家禁用系统状态时静态分析电流为零。（图片数据来源：Richtek Technology Corp.）

充分利用 LDO

虽然 LDO 操作简单，但仍需重视一些基本的指导原则，以充分利用其优势并避免潜在损害。它们存在一些实际设计问题，如热问题和封装、布局注意事项以及噪声拾取。

对于热问题，关键是进行研究不同规格书中有关信息安全管理工作区和降额的表格和图形（图 6）。

图6：？为LDO，输出电流被允许的输入和输出电压差成反比的最大安全工作区的大小;在标准SO-8，和图的差别。所示MAX引脚封装之间8专有，包类型也是非常关键的。 （来源：美信集成）

Drop 是一个包含 ldo 包装器的多变量函数。 典型的 sot-235引脚封装具有超过500兆瓦的损耗额定值，一些裸垫具有四倍的额定值。 如果 ldo 位于有足够气流和 / 或低阻热路径的最佳位置，供应商数据可直接用于确定由于自发加热导致的性能降低。

总结

线性稳压器的优势主要在于，直流系统输出中产生的噪声极少，输出一个非常“干净”，但是能效比开关转换器低很多，不能像开关稳压器一样可以实现企业高于其他输入工作电压的升压电路输出。

然而，一些应用仍然优选的线性稳压器，对简单，成本和下能量效率方面的某些操作条件下，线性调节器是“最好”的选择DC / DC转换器拓扑。

---