使用開關穩壓IC與線性穩壓IC進行DC-DC轉換
關鍵要點
- 線性穩壓器是更簡單的穩壓器，可降低輸入電壓。目標是將輸出設置為特定的直流電壓。
- 開關穩壓器提供更高的效率，但它們可能更復雜并產生開關噪聲。
- 這兩種類型的穩壓器仍然可以組合使用，以在所需的電壓和電流下提供穩定的功率輸出。
該電機控制板可受益于開關穩壓器與線性穩壓器
當大多數設計人員談論功率調節和DC-DC轉換時，他們關注的是效率，并談論開關穩壓器。當比較開關穩壓器與線性穩壓器時，這是有道理的。對于低電平電路，可作為IC提供高效開關穩壓器。那么，線性穩壓器在DC-DC轉換領域處于什么位置，您的功率調節策略需要它們嗎？
通常，您是使用開關穩壓器還是線性穩壓器，還是級聯穩壓器的組合，取決于非穩壓源的性質。如果專門設計電源穩壓器以適應電源的行為，則可以減少組件數量和系統復雜性。以下是每種類型的穩壓器如何在DC-DC轉換中發揮作用，以及如何設計電路以適應非穩壓電源。
電源轉換中的開關穩壓器與線性穩壓器
開關穩壓器和線性穩壓器用于各種系統，并且可以級聯多個穩壓器（即串聯放置）。轉換為高直流電壓后，通常使用另一個開關穩壓器/ VRM為特定電路塊提供所需的輸出電壓?；蛘?，您可以在輸出級上使用線性穩壓器提供具有一定裕量的穩定輸出。這是放置低壓差穩壓器的典型位置。
適應交流電源
上述策略設計用于在非穩壓直流和穩壓直流之間進行轉換，但也可與交流線路輸入一起使用。為此，只需在第一個開關轉換器的輸入端放置一個全波二極管電橋即可。
開關轉換器會在未穩壓的輸入交流電流上引起諧波失真，從而降低穩壓器的整體效率。因此，使用功率因數校正（PFC）電路來平滑交流電流尖峰，并使輸入交流電流呈現正弦，并帶有一些紋波。根據歐洲EMC準則，PFC電路的使用是必需的，有助于減少電源的多余功耗。
轉換器配置總成
上圖中的第一個轉換器級通常是開關穩壓器。這是因為轉換器通常需要將高壓信號降壓到中等或低電壓電平。轉換器還需要配置為具有高PSRR，以便在相關頻率范圍內提供最大的噪聲/紋波抑制。
上述策略中的輸出轉換器可以是開關穩壓器或線性穩壓器，具體取決于確切的功率要求、第一個轉換器級中的任何控制機制以及非穩壓源的行為。
在紋波噪聲方面，線性穩壓器傾向于在更寬的頻率范圍內提供紋波抑制，因此可用于抑制來自上游穩壓器的寬帶噪聲。這就是上述策略中經常在輸出上使用線性穩壓器的原因之一。
通常在輸出端使用的線性穩壓器類型是LDO穩壓器。只要輸入電壓高于穩壓器的裕量，這些穩壓器使用運算放大器將穩壓器的輸出設置為所需電平。開關穩壓器也可以用于輸出端，這同樣取決于所需的降壓電平、輸入到最終穩壓器的信號是否會變化以及它是否包括控制電路。
開關穩壓器與線性穩壓器比較
由于第一個轉換器通常在輸入電壓中提供較大的降壓，因此最好在此階段使用開關穩壓器。這是因為開關穩壓器非常高效，如下表所示。開關穩壓器的三種常見拓撲是降壓（降壓）、升壓（升壓）或降壓-升壓（可通過調整PWM信號的占空比進行配置）。如上所述，最終穩壓器級可以是線性穩壓器或LDO穩壓器。
| 線性穩壓器 | 開關穩壓器 | |
| 效率 | 低(通常為60%至70%) | 高(通常為95%) |
| 控制方式 | 無源或有源運算放大器 | PWM信號 |
| 極性 | 與輸入電壓相同 | 可逆 |
| 縮放 | 降壓 | 升壓或降壓 |
| 最大電壓輸出 | 低 | 中到高 |
| PSRR | 寬帶，高達 ~70 dB，具體取決于頻率 | ~50 至 100 dB，具體取決于頻率 |
| 噪聲 | 與輸入紋波相匹配的低頻噪聲 | - 10-1，000 kHz 噪聲，由 PWM 信號和開關引起 |
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