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帶你探索穩壓器的優缺點和選擇技巧

jf_52237184 ? 來源:jf_52237184 ? 作者:jf_52237184 ? 2024-01-24 10:35 ? 次閱讀

TOREX特瑞仕(KOYUELEC光與電子):帶你探索穩壓器的優缺點和選擇技巧

電壓穩壓器的優點與缺點

下面介紹線性穩壓器的優點/缺點。


優點

線性穩壓器優點可以列舉如下


設計簡單,只需在輸入和輸出端連接電容器即可運行。

低噪聲

元件數量少,節省空間

價格低

產品數量多,易于選擇最佳產品


特別是低噪聲,對于作為開關型電壓穩壓器的DC/DC轉換器,具有很大的優勢。


DC/DC轉換器進行開關工作,原則上會產生開關噪聲。這種開關噪聲可能會導致IC發生故障,有時需要添加元件和濾波器等來消除噪聲。


線性穩壓器,因為不進行開關,原則上不產生開關噪聲,能提供低噪聲的電壓。


缺點

線性型電壓穩壓器缺點可以列舉如下


如果輸入電壓與輸出電壓的差值大,則損耗大/效率低

如果輸入電壓與輸出電壓的差值大,則發熱大,需要采取散熱措施

只能進行降壓工作(降低電壓)


如果不在意以上缺點,線性穩壓器通常是最佳選擇。相反,如果不能容忍這些缺點,則必須考慮開關型DC/DC轉換器,而不是線性穩壓器。

02

電壓穩壓器的缺點:損耗、發熱

下面介紹電壓穩壓器的缺點,即損耗、發熱。


電壓穩壓器將IC內部的驅動晶體管/FET作為可變電阻,通過調整電阻值將輸出電壓控制在恒定水平。


這意味著IC內部的可變電阻(驅動晶體管/FET),會在輸入/輸出電位差(即輸入電壓和輸出電壓之差)處造成IC內部電壓下降。由于該可變電阻的電壓下降和流過IC的電流(=輸出電流),會產生損耗及IC的發熱。


具體舉例如下,考慮輸入電壓為5V、輸出電壓為3V、輸出電流為100mA的情況。


輸入電壓5V和輸出電壓3V之間的差值2V在IC內部電壓下降。流向IC的電流與輸出電流相同,為100mA。(嚴格來說,由于電流消耗等原因,兩者略有不同)。


通過該電壓差2V和流向IC的電流100mA,在IC內部會損耗2V×100mA=200mW的電力,造成IC發熱。


wKgZomWwd02AVXyGAAKwPt4ia8Y538.png

(VIN–VOUT) xIOUT= Heat loss

The larger the voltage difference between input and output,
the greater the loss as heat generation.


從計算公式可以看出,在輸入輸出電壓差大和輸出電流大的條件下,IC的損耗變大,IC的發熱量增加。


在本例中,由于從輸入電壓5V到輸出電壓3V,相差2V,但如果從輸入電壓24V下降到輸出電壓3V,則相差21V,在輸出電流100mA時會損耗2.1W。


另外,發熱量增加的話,結溫會升高,為了抑制結溫需要采取散熱措施。


在結溫超過IC的絕對最大額定值的情況下,必須考慮改用為高散熱產品或開關型DC/DC轉換器。

03

電壓穩壓器和DC/DC轉換器的區分使用

使用開關型DC/DC轉換器的情況如下。

除此之外,最適合使用線性穩壓器。

應使用DC/DC轉換器的情況

(a)電源配置


需要降壓以外的電源配置(升壓、升降壓、極性反轉)


(b)發熱


由于IC發熱,不能使用電壓穩壓器

想要減少系統整體的發熱

為了降低系統整體的成本/節省空間,希望減少散熱器等熱對策部件


(c)損耗、效率有關


為了延長電池的工作時間,希望改善電壓穩壓器的損耗

為了降低設備整體的功耗,需要使用高效率的DC/DC轉換器

電壓穩壓器
(線性型)
DC/DC轉換器
(開關型)
設計簡單 Good Normal
部件數量/節省空間 Good Normal
價格 Low Normal
噪音 Good Bad
效率 Bad Good
發熱 Bad Good
電池壽命 Short Long
電源配置 Step-down Step-down/Step-up etc

審核編輯 黃宇

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