電源是任何電子項(xiàng)目/設(shè)備的重要組成部分。不論來源如何，通常都需要執(zhí)行電源管理任務(wù)，例如電壓轉(zhuǎn)換/縮放和轉(zhuǎn)換（AC-DC/DC-DC）。為這些任務(wù)中的每一項(xiàng)選擇正確的解決方案可能是產(chǎn)品成功（或失敗）的關(guān)鍵。在幾乎所有類型的設(shè)備中，最常見的電源管理任務(wù)之一就是 DC-DC電壓調(diào)節(jié)/縮放。這涉及將輸入端的直流電壓值更改為輸出端的較高或較低值。用于完成這些任務(wù)的組件/模塊通常稱為穩(wěn)壓器。它們通常具有提供高于或低于輸入電壓的恒定輸出電壓的能力，并且通常用于為設(shè)計(jì)中具有不同電壓部分的組件供電。它們也用于傳統(tǒng)電源。

有兩種主要類型的穩(wěn)壓器；

線性穩(wěn)壓器

開關(guān)穩(wěn)壓器

線性穩(wěn)壓器通常是降壓穩(wěn)壓器，它們使用阻抗控制來創(chuàng)建輸出端輸入電壓的線性降低。它們通常非常便宜，但效率低下，因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)過程中大量的熱量被浪費(fèi)掉了。另一方面，開關(guān)穩(wěn)壓器能夠根據(jù)架構(gòu)來提高或降低施加在輸入上的電壓。它們使用晶體管的開/關(guān)切換過程來實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，該晶體管控制調(diào)節(jié)器輸出端的可用電壓。與線性穩(wěn)壓器相比，開關(guān)穩(wěn)壓器通常更昂貴且效率更高。

在今天的文章中，我們將重點(diǎn)放在開關(guān)穩(wěn)壓器上，標(biāo)題消失了，我們將研究為項(xiàng)目選擇開關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)要考慮的因素。

由于其他部分的復(fù)雜性在項(xiàng)目（核心功能，RF等）中，選擇電源穩(wěn)壓器通常是設(shè)計(jì)過程結(jié)束之前要采取的行動(dòng)之一。今天的文章將嘗試為受時(shí)間限制的設(shè)計(jì)人員提供有關(guān)開關(guān)穩(wěn)壓器規(guī)格中查找內(nèi)容的提示，以確定其是否適合您的特定用例。還將提供有關(guān)解釋不同制造商提供有關(guān)溫度，負(fù)載等參數(shù)信息的不同方式的詳細(xì)信息。

類型開關(guān)穩(wěn)壓器

開關(guān)穩(wěn)壓器基本上有三種類型，要考慮的因素取決于要在您的應(yīng)用中使用哪種類型。這三種類型分別是：

降壓調(diào)節(jié)器

升壓調(diào)節(jié)器

降壓升壓調(diào)節(jié)器

1。降壓調(diào)節(jié)器

降壓調(diào)節(jié)器，也稱為降壓調(diào)節(jié)器或降壓轉(zhuǎn)換器流行的開關(guān)穩(wěn)壓器。 他們有能力將輸入端施加的電壓降壓到輸出端的較小電壓。因此，它們的額定輸入電壓通常高于其額定輸出電壓。降壓轉(zhuǎn)換器的基本原理如下所示。

調(diào)節(jié)器的輸出取決于開和關(guān)晶體管的開關(guān)和電壓值通常是晶體管占空比的函數(shù)（每個(gè)完整周期中晶體管導(dǎo)通的時(shí)間）。輸出電壓由下面的方程式給出，從該方程式我們可以推斷出占空比永遠(yuǎn)不會(huì)等于1，因此輸出電壓將始終小于輸入電壓。因此，當(dāng)在設(shè)計(jì)的一個(gè)階段和另一階段之間需要降低電源電壓時(shí)，可使用降壓穩(wěn)壓器。您可以在此處了解有關(guān)降壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和效率的更多信息，進(jìn)一步了解如何構(gòu)建降壓轉(zhuǎn)換器電路。

2。升壓調(diào)節(jié)器

升壓調(diào)節(jié)器或升壓轉(zhuǎn)換器的工作方式與降壓調(diào)節(jié)器直接相反。 它們在輸出端提供的電壓高于輸入電壓。像降壓穩(wěn)壓器一樣，它們利用開關(guān)晶體管的作用來增加輸出電壓，通常由降壓穩(wěn)壓器中使用的相同組件組成，唯一的區(qū)別是組件的布置。 升壓調(diào)節(jié)器的簡單原理圖如下所示。

您可以了解更多有關(guān)這里的Boost穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和效率可以通過遵循此Boost轉(zhuǎn)換器電路來構(gòu)建一個(gè)Boost轉(zhuǎn)換器。

3。降壓-升壓調(diào)節(jié)器

最后但并非最不重要的是降壓升壓調(diào)節(jié)器。從它們的名字，很容易推斷它們同時(shí)為輸入電壓提供升壓和降壓效果。 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器會(huì)根據(jù)占空比產(chǎn)生一個(gè)反相的（負(fù)）輸出電壓，該電壓可以大于或小于輸入電壓。降壓-升壓型開關(guān)電源的基本電路如下所示。

降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器是升壓轉(zhuǎn)換器電路，在該電路中，反相轉(zhuǎn)換器僅將電感器L1存儲(chǔ)的能量傳遞到負(fù)載中。

這三種開關(guān)調(diào)節(jié)器類型中的任何一種的選擇僅取決于負(fù)載調(diào)節(jié)器的要求。系統(tǒng)正在設(shè)計(jì)中。無論使用哪種類型的調(diào)節(jié)器，重要的是要確保調(diào)節(jié)器的規(guī)格滿足設(shè)計(jì)要求。

選擇調(diào)節(jié)器時(shí)要考慮的因素開關(guān)穩(wěn)壓器

開關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)在很大程度上取決于所使用的電源IC，因此要考慮的大多數(shù)因素將是所使用的電源IC的規(guī)格。重要的是要了解電源IC的規(guī)格及其含義，以確保為您的應(yīng)用選擇正確的規(guī)格。

與您的應(yīng)用無關(guān)，請(qǐng)檢查以下因素將幫助您減少選擇時(shí)間。

1。輸入電壓范圍

這是指 IC支持的輸入電壓的容許范圍。它通常在數(shù)據(jù)手冊中指定，并且作為設(shè)計(jì)人員，至關(guān)重要的是要確保您的應(yīng)用的輸入電壓落在為IC指定的輸入電壓范圍內(nèi)。雖然某些數(shù)據(jù)手冊可能只規(guī)定了最大輸入電壓，但最好在進(jìn)行任何假設(shè)之前檢查數(shù)據(jù)手冊，以確保沒有提及最小輸入范圍。當(dāng)施加高于最大輸入電壓的電壓時(shí)，通常會(huì)炸掉IC，但是當(dāng)施加低于最小輸入電壓的電壓時(shí)，它通常會(huì)停止工作或異常工作，所有這些都取決于已采取的保護(hù)措施。輸入電壓超出范圍時(shí)，通常采用的一種保護(hù)措施是防止IC損壞，這是欠壓鎖定（UVLO），檢查是否可用也可以幫助您進(jìn)行設(shè)計(jì)決策。

2。輸出電壓范圍

開關(guān)穩(wěn)壓器通常具有可變的輸出。輸出電壓范圍表示可以設(shè)置所需輸出電壓的電壓范圍。在沒有可變輸出選項(xiàng)的IC中，這通常是單個(gè)值。重要的是要確保所需的輸出電壓在IC規(guī)定的范圍內(nèi)，并且具有最大輸出電壓范圍與所需輸出電壓之差的安全性。通常，最小輸出電壓不能設(shè)置為低于內(nèi)部參考電壓的電壓電平。根據(jù)您的應(yīng)用（降壓或升壓），最小輸出范圍可以大于輸入電壓（升壓），也可以小于輸入電壓（降壓）。

3。輸出電流

此術(shù)語是指設(shè)計(jì)IC的電流額定值。這實(shí)際上表明 IC可以在其輸出端提供多少電流。對(duì)于某些IC，僅將最大輸出電流指定為安全措施，以幫助設(shè)計(jì)人員確保穩(wěn)壓器能夠提供應(yīng)用所需的電流。對(duì)于其他IC，提供了最小和最大額定值。在為您的應(yīng)用計(jì)劃電源管理技術(shù)時(shí)，這可能非常有用。

在基于IC的輸出電流選擇穩(wěn)壓器時(shí)，確保應(yīng)用所需的最大電流之間存在安全裕度非常重要以及穩(wěn)壓器的最大輸出電流。確保穩(wěn)壓器的最大輸出電流比您所需的輸出電流高至少10％到20％是很重要的，因?yàn)楫?dāng)IC連續(xù)以最大水平工作時(shí)，IC可能會(huì)產(chǎn)生大量熱量，并且可能因熱量而損壞。同樣，IC的效率最高時(shí)也會(huì)降低。

4。工作溫度范圍

該術(shù)語是指調(diào)節(jié)器正常工作的溫度范圍。它用環(huán)境溫度（Ta）或結(jié)溫（Tj）定義。 TJ溫度是指晶體管的最高工作溫度，而環(huán)境溫度是指晶體管的溫度。

如果根據(jù)環(huán)境溫度定義了工作溫度范圍，則不一定意味著可以在整個(gè)溫度范圍內(nèi)使用調(diào)節(jié)器。重要的是要考慮安全因素，還要考慮計(jì)劃的負(fù)載電流和隨之而來的熱量，因?yàn)檫@與環(huán)境溫度的結(jié)合是構(gòu)成結(jié)溫的原因，也不應(yīng)超過結(jié)溫。保持在工作溫度范圍內(nèi)對(duì)于調(diào)節(jié)器的正常連續(xù)運(yùn)行至關(guān)重要，因?yàn)檫^多的熱量可能會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)器異常運(yùn)行和災(zāi)難性故障。因此，重要的是在確定指定的工作溫度范圍之前，請(qǐng)注意設(shè)備將要使用的環(huán)境中的環(huán)境熱量，并確定設(shè)備由于負(fù)載電流而可能產(chǎn)生的熱量。調(diào)節(jié)器為您工作。重要的是要注意，某些調(diào)節(jié)器也可能在極端寒冷的條件下發(fā)生故障，如果將應(yīng)用程序部署在寒冷的環(huán)境中，則有必要注意最低溫度值。

5。 開關(guān)頻率

開關(guān)頻率是指開關(guān)穩(wěn)壓器中控制晶體管導(dǎo)通和截止的速率 。在基于脈沖寬度調(diào)制的調(diào)節(jié)器中，頻率通常是固定的，而在脈沖頻率調(diào)制中。

開關(guān)頻率會(huì)影響調(diào)節(jié)器的參數(shù)，例如紋波，輸出電流，最大效率和響應(yīng)速度。 。開關(guān)頻率的設(shè)計(jì)始終涉及使用匹配的電感值，這樣兩個(gè)具有不同開關(guān)頻率的相似穩(wěn)壓器的性能將有所不同。如果考慮兩個(gè)不同頻率下的類似調(diào)節(jié)器，則會(huì)發(fā)現(xiàn)，與在高頻下的調(diào)節(jié)器相比，在較低頻率下工作的調(diào)節(jié)器的最大電流較低。此外，諸如波紋之類的參數(shù)在低頻時(shí)會(huì)很高，而穩(wěn)壓器的響應(yīng)速度會(huì)很低；而在高頻時(shí)，其紋波會(huì)很低并且響應(yīng)速度會(huì)很高。

6。噪聲

與開關(guān)調(diào)節(jié)器相關(guān)的開關(guān)動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生噪聲和相關(guān)的諧波，這可能會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，尤其是在具有RF組件和音頻信號(hào)的系統(tǒng)中。盡管可以通過濾波器等降低噪聲，但實(shí)際上可以降低對(duì)噪聲敏感的電路中的信噪比（SNR）。因此，重要的是要確保調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的噪聲量不會(huì)影響系統(tǒng)的整體性能。

7。效率

效率是當(dāng)今任何電源解決方案設(shè)計(jì)中要考慮的重要因素。本質(zhì)上，它是輸出電壓與輸入電壓的比率。從理論上講，開關(guān)穩(wěn)壓器的效率為100％，但實(shí)際上在實(shí)踐中通常并非如此，因?yàn)镕ET開關(guān)的電阻，二極管壓降以及電感器和輸出電容器的ESR都會(huì)降低穩(wěn)壓器的整體效率。盡管大多數(shù)現(xiàn)代穩(wěn)壓器可在較寬的工作范圍內(nèi)提供穩(wěn)定性，但效率會(huì)隨使用情況而變化，例如隨著從輸出中汲取的電流增加而大大降低。

8。負(fù)載調(diào)節(jié)

負(fù)載調(diào)節(jié)是一種電壓調(diào)節(jié)器保持輸出恒定電壓的能力的方法，而與負(fù)載要求的變化無關(guān)。

9。包裝和尺寸

如今，在設(shè)計(jì)任何硬件解決方案時(shí)，通常的目標(biāo)之一就是盡可能減小尺寸。這實(shí)質(zhì)上包括減小電子部件的尺寸，并始終減少構(gòu)成設(shè)備每個(gè)部分的部件的數(shù)量。小型電源系統(tǒng)不僅有助于減小項(xiàng)目的整體規(guī)模，而且還可以為增加額外的產(chǎn)品功能創(chuàng)造空間。根據(jù)項(xiàng)目的目標(biāo)，確保所用的外形尺寸/包裝尺寸將適合您的空間預(yù)算。在基于此因素進(jìn)行選擇時(shí)，考慮調(diào)節(jié)器功能所需的外圍組件的尺寸也很重要。例如，使用高頻IC允許使用低電容的輸出電容器和電感器，從而減小了組件尺寸，反之亦然。

識(shí)別所有這些并與您的設(shè)計(jì)進(jìn)行比較需求將迅速幫助您確定設(shè)計(jì)中應(yīng)使用哪個(gè)調(diào)節(jié)器，并在設(shè)計(jì)中使用哪個(gè)功能。

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