電源是任何電子項目/設備的重要組成部分。不論來源如何，通常都需要執行電源管理任務，例如電壓轉換/縮放和轉換（AC-DC/DC-DC）。為這些任務中的每一項選擇正確的解決方案可能是產品成功（或失敗）的關鍵。在幾乎所有類型的設備中，最常見的電源管理任務之一就是 DC-DC電壓調節/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。用于完成這些任務的組件/模塊通常稱為穩壓器。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，并且通常用于為設計中具有不同電壓部分的組件供電。它們也用于傳統電源。

有兩種主要類型的穩壓器；

線性穩壓器

開關穩壓器

線性穩壓器通常是降壓穩壓器，它們使用阻抗控制來創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，因為在調節過程中大量的熱量被浪費掉了。另一方面，開關穩壓器能夠根據架構來提高或降低施加在輸入上的電壓。它們使用晶體管的開/關切換過程來實現電壓調節，該晶體管控制調節器輸出端的可用電壓。與線性穩壓器相比，開關穩壓器通常更昂貴且效率更高。

在今天的文章中，我們將重點放在開關穩壓器上，標題消失了，我們將研究為項目選擇開關穩壓器時要考慮的因素。

由于其他部分的復雜性在項目（核心功能，RF等）中，選擇電源穩壓器通常是設計過程結束之前要采取的行動之一。今天的文章將嘗試為受時間限制的設計人員提供有關開關穩壓器規格中查找內容的提示，以確定其是否適合您的特定用例。還將提供有關解釋不同制造商提供有關溫度，負載等參數信息的不同方式的詳細信息。

類型開關穩壓器

開關穩壓器基本上有三種類型，要考慮的因素取決于要在您的應用中使用哪種類型。這三種類型分別是：

降壓調節器

升壓調節器

降壓升壓調節器

1。降壓調節器

降壓調節器，也稱為降壓調節器或降壓轉換器流行的開關穩壓器。 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。降壓轉換器的基本原理如下所示。

調節器的輸出取決于開和關晶體管的開關和電壓值通常是晶體管占空比的函數（每個完整周期中晶體管導通的時間）。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不會等于1，因此輸出電壓將始終小于輸入電壓。因此，當在設計的一個階段和另一階段之間需要降低電源電壓時，可使用降壓穩壓器。您可以在此處了解有關降壓調節器的設計基礎和效率的更多信息，進一步了解如何構建降壓轉換器電路。

2。升壓調節器

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

您可以了解更多有關這里的Boost穩壓器的設計基礎和效率可以通過遵循此Boost轉換器電路來構建一個Boost轉換器。

3。降壓-升壓調節器

最后但并非最不重要的是降壓升壓調節器。從它們的名字，很容易推斷它們同時為輸入電壓提供升壓和降壓效果。 降壓-升壓轉換器會根據占空比產生一個反相的（負）輸出電壓，該電壓可以大于或小于輸入電壓。降壓-升壓型開關電源的基本電路如下所示。

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

這三種開關調節器類型中的任何一種的選擇僅取決于負載調節器的要求。系統正在設計中。無論使用哪種類型的調節器，重要的是要確保調節器的規格滿足設計要求。

選擇調節器時要考慮的因素開關穩壓器

開關穩壓器的設計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因素將是所使用的電源IC的規格。重要的是要了解電源IC的規格及其含義，以確保為您的應用選擇正確的規格。

與您的應用無關，請檢查以下因素將幫助您減少選擇時間。

1。輸入電壓范圍

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

2。輸出電壓范圍

開關穩壓器通常具有可變的輸出。輸出電壓范圍表示可以設置所需輸出電壓的電壓范圍。在沒有可變輸出選項的IC中，這通常是單個值。重要的是要確保所需的輸出電壓在IC規定的范圍內，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置為低于內部參考電壓的電壓電平。根據您的應用（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

此術語是指設計IC的電流額定值。這實際上表明 IC可以在其輸出端提供多少電流。對于某些IC，僅將最大輸出電流指定為安全措施，以幫助設計人員確保穩壓器能夠提供應用所需的電流。對于其他IC，提供了最小和最大額定值。在為您的應用計劃電源管理技術時，這可能非常有用。

在基于IC的輸出電流選擇穩壓器時，確保應用所需的最大電流之間存在安全裕度非常重要以及穩壓器的最大輸出電流。確保穩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，因為當IC連續以最大水平工作時，IC可能會產生大量熱量，并且可能因熱量而損壞。同樣，IC的效率最高時也會降低。

4。工作溫度范圍

該術語是指調節器正常工作的溫度范圍。它用環境溫度（Ta）或結溫（Tj）定義。 TJ溫度是指晶體管的最高工作溫度，而環境溫度是指晶體管的溫度。

如果根據環境溫度定義了工作溫度范圍，則不一定意味著可以在整個溫度范圍內使用調節器。重要的是要考慮安全因素，還要考慮計劃的負載電流和隨之而來的熱量，因為這與環境溫度的結合是構成結溫的原因，也不應超過結溫。保持在工作溫度范圍內對于調節器的正常連續運行至關重要，因為過多的熱量可能會導致調節器異常運行和災難性故障。因此，重要的是在確定指定的工作溫度范圍之前，請注意設備將要使用的環境中的環境熱量，并確定設備由于負載電流而可能產生的熱量。調節器為您工作。重要的是要注意，某些調節器也可能在極端寒冷的條件下發生故障，如果將應用程序部署在寒冷的環境中，則有必要注意最低溫度值。

5。 開關頻率

開關頻率是指開關穩壓器中控制晶體管導通和截止的速率 。在基于脈沖寬度調制的調節器中，頻率通常是固定的，而在脈沖頻率調制中。

開關頻率會影響調節器的參數，例如紋波，輸出電流，最大效率和響應速度。 。開關頻率的設計始終涉及使用匹配的電感值，這樣兩個具有不同開關頻率的相似穩壓器的性能將有所不同。如果考慮兩個不同頻率下的類似調節器，則會發現，與在高頻下的調節器相比，在較低頻率下工作的調節器的最大電流較低。此外，諸如波紋之類的參數在低頻時會很高，而穩壓器的響應速度會很低；而在高頻時，其紋波會很低并且響應速度會很高。

6。噪聲

與開關調節器相關的開關動作會產生噪聲和相關的諧波，這可能會影響整個系統的性能，尤其是在具有RF組件和音頻信號的系統中。盡管可以通過濾波器等降低噪聲，但實際上可以降低對噪聲敏感的電路中的信噪比（SNR）。因此，重要的是要確保調節器產生的噪聲量不會影響系統的整體性能。

7。效率

效率是當今任何電源解決方案設計中要考慮的重要因素。本質上，它是輸出電壓與輸入電壓的比率。從理論上講，開關穩壓器的效率為100％，但實際上在實踐中通常并非如此，因為FET開關的電阻，二極管壓降以及電感器和輸出電容器的ESR都會降低穩壓器的整體效率。盡管大多數現代穩壓器可在較寬的工作范圍內提供穩定性，但效率會隨使用情況而變化，例如隨著從輸出中汲取的電流增加而大大降低。

8。負載調節

負載調節是一種電壓調節器保持輸出恒定電壓的能力的方法，而與負載要求的變化無關。

9。包裝和尺寸

如今，在設計任何硬件解決方案時，通常的目標之一就是盡可能減小尺寸。這實質上包括減小電子部件的尺寸，并始終減少構成設備每個部分的部件的數量。小型電源系統不僅有助于減小項目的整體規模，而且還可以為增加額外的產品功能創造空間。根據項目的目標，確保所用的外形尺寸/包裝尺寸將適合您的空間預算。在基于此因素進行選擇時，考慮調節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。

識別所有這些并與您的設計進行比較需求將迅速幫助您確定設計中應使用哪個調節器，并在設計中使用哪個功能。

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直到下一次。
責任編輯：wv