如何選擇應用中較為合適的開關穩壓IC
電源是任何電子項目/設備的重要組成部分。無論電源如何，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）等。為上述每項任務選擇正確的解決方案可能是產品成功（或失?。┑年P鍵。幾乎所有類型的器件中最常見的電源管理任務之一是DC-DC電壓調節/調節。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。用于實現這些任務的組件/模塊通常稱為穩壓器。它們通常能夠提供高于或低于輸入電壓的恒定輸出電壓，并且通常用于為設計中具有不同電壓的截面的元件供電。它們也用于傳統電源。
穩壓IC主要有兩種類型;
- 線性穩壓IC
- 開關穩壓IC
線性穩壓IC通常是降壓穩壓IC，它們使用阻抗控制來線性降低輸出端的輸入電壓。它們通常非常便宜，但效率低下，因為在調節過程中會消耗大量能量。另一方面，開關穩壓器能夠根據架構對施加在輸入端的電壓進行升壓或降壓。它們使用晶體管的開/關開關過程實現電壓調節，該過程控制穩壓IC輸出端的可用電壓。與線性穩壓IC相比，開關穩壓器通常更昂貴且效率更高。
在今天的文章中，我們將重點介紹開關穩壓IC，隨著標題的放棄，我們將研究為項目選擇開關穩壓IC時要考慮的因素。
由于項目其他部分（核心功能，RF等）的復雜性，選擇電源穩壓器通常是設計過程結束之前的行動之一。今天的文章將嘗試為時間受限的設計人員提供在開關穩壓器的規格中尋找什么的提示，以確定它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溫度，負載等參數信息的不同方式的詳細信息。
開關穩壓IC的類型
開關穩壓IC基本上有三種類型，需要考慮的因素取決于哪種類型將用于您的應用。這三種類型是 ;
- 降壓穩壓IC
- 升壓穩壓IC
- 降壓升壓穩壓IC
1. 降壓穩壓IC
降壓穩壓IC，也稱為降壓穩壓IC或降壓轉換IC，可以說是最受歡迎的開關穩壓IC。它們能夠將施加在輸入端的電壓降壓至輸出端的較低電壓。因此，它們的額定輸入電壓通常高于它們的額定輸出電壓。降壓轉換IC的基本原理圖如下所示。
穩壓IC的輸出是由于晶體管的開和關開關，電壓值通常是晶體管占空比（晶體管在每個完整周期中接通的時間）的函數。輸出電壓由下面的等式給出，從中我們可以推斷出占空比永遠不能等于1，因此輸出電壓將始終小于輸入電壓。因此，當設計的一個階段與另一個階段之間需要降低電源電壓時，可以使用降壓穩壓IC。
2. 升壓穩壓IC
升壓穩壓IC或升壓轉換IC的工作方式與降壓穩壓IC直接相反。它們在輸出端提供高于輸入電壓的電壓。與降壓穩壓IC一樣，它們使用開關晶體管作用來增加輸出端的電壓，通常由降壓穩壓IC中使用的相同元件組成，唯一的區別是元件的排列。升壓穩壓IC的簡單原理圖如下所示。
3. 降壓-升壓穩壓IC
最后但并非最不重要的一點是降壓升壓穩壓IC。從它們的名字中，很容易推斷出它們為輸入電壓提供了升壓和降壓效應。降壓-升壓轉換IC產生一個反相（負）輸出電壓，該輸出電壓可大于或小于基于占空比的輸入電壓。下面給出了基本的降壓-升壓開關模式電源電路。
降壓-升壓轉換IC是升壓轉換IC電路的變體，其中反相轉換器僅將電感L1存儲的能量傳遞到負載中。
這三種開關穩壓IC類型中任何一種的選擇完全取決于所設計系統的要求。無論要使用的調節器類型如何，確保調節器的規格符合設計要求都很重要。
選擇開關穩壓IC時要考慮的因素
開關穩壓IC的設計在很大程度上取決于用于它的功率IC，因此要考慮的大多數因素將是所用功率IC的規格。了解電源IC的規格及其含義非常重要，以確保您為您的應用選擇合適的規格。
無論您的應用程序如何，對以下因素運行檢查都將幫助您減少在選擇上花費的時間。
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，作為設計人員，確保應用的輸入電壓落在IC指定的輸入電壓范圍內非常重要。雖然某些數據手冊可能只指定最大輸入電壓，但最好在做出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，IC通常會被炸毀，但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，這一切都取決于現有的保護措施。當輸入端提供超出范圍的電壓時，通常用于防止損壞IC的保護措施之一是欠壓鎖定（UVLO），檢查其是否可用也可能有助于您的設計決策。
2. 輸出電壓范圍
開關穩壓器通常具有可變輸出。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，并且具有良好的安全系數，如最大輸出電壓范圍和所需輸出電壓之間的差異。作為一般規則，最小輸出電壓不能設置為低于內部基準電壓的電壓電平。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
該術語是指IC設計時的額定電流。它本質上是IC在其輸出端可以提供多少電流的指示。對于某些IC，僅指定最大輸出電流作為安全度量，并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，同時提供最小和最大額定值。這在為應用程序規劃電源管理技術時可能非常有用。
在根據IC的輸出電流選擇穩壓器時，重要的是要確保在應用所需的最大電流和穩壓器的最大輸出電流之間存在安全裕度。確保穩壓器的最大輸出電流至少比所需的輸出電流高10%至20%非常重要，因為IC在以最大水平連續工作時可能會產生大量熱量，并且可能被熱量損壞。此外，當以最大速度工作時，IC的效率也會降低。
4. 工作溫度范圍
該術語是指穩壓器正常工作的溫度范圍。它根據環境溫度（Ta）或結溫（Tj）進行定義。TJ溫度是指晶體管的最高工作溫度，而環境溫度是指器件周圍環境的溫度。
如果工作溫度范圍是根據環境溫度來定義的，這并不一定意味著調節器可以在整個溫度范圍內使用。重要的是要考慮安全因素，還要考慮計劃的負載電流和伴隨的熱量，因為這和環境溫度的結合構成了結溫，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，因為過熱可能導致調節器的異常運行和災難性故障。因此，在確定調節器的指定工作溫度范圍是否適合您之前，重要的是要注意設備將使用的環境熱量，并確定由于負載電流而產生的設備可能產生的熱量。重要的是要注意，某些穩壓器也可能在極冷的條件下失效，如果應用將部署在寒冷的環境中，則值得注意最低溫度值。
5. 開關頻率
開關頻率是指控制晶體管在開關穩壓IC中打開和關閉的速率。在基于脈寬調制的穩壓IC中，頻率通常在脈沖頻率調制時是固定的。
開關頻率會影響穩壓器的參數，如紋波、輸出電流、最大效率和響應速度。開關頻率的設計總是涉及使用匹配的電感值，使得兩個開關頻率不同的類似穩壓器的性能會有所不同。如果考慮兩個不同頻率的類似穩壓器，就會發現，例如，與高頻穩壓器相比，在較低頻率下工作的穩壓器的最大電流會很低。此外，像紋波這樣的參數在低頻時會很高，穩壓器的響應速度會很低，而紋波在高頻時會很低，響應速度會很高。
6. 噪音
與開關穩壓器相關的開關動作會產生噪聲和相關諧波，這可能會影響整個系統的性能，特別是在具有RF元件和音頻信號的系統中。雖然噪聲可以通過濾波器等方式降低，但它可以真正降低對噪聲敏感的電路中的信噪比（SNR）。因此，必須確保穩壓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需要考慮的重要因素。它本質上是輸出電壓與輸入電壓的比率。從理論上講，開關穩壓器的效率是百分之百的，但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和輸出電容器的ESR都會降低穩壓器的整體效率。雖然大多數現代穩壓器在寬工作范圍內提供穩定性，但效率隨使用而變化，例如，隨著從輸出吸收的電流增加，效率會大大降低。
8. 負載調整率
負載調整率是衡量穩壓器在輸出端保持恒定電壓的能力的指標，而不管負載要求的變化如何。
9. 包裝和尺寸
如今，在任何硬件解決方案的設計過程中，通常的目標之一就是盡可能減小尺寸。這基本上包括減小電子元件的尺寸，并始終減少構成器件每個部分的元件數量。小尺寸電力系統不僅有助于減少項目的整體規模，而且還有助于創造空間，使額外的產品功能可以受到限制。根據項目的目標，確保您使用的外形尺寸/封裝尺寸適合您的空間預算。在根據該因素進行選擇時，考慮穩壓器工作所需的外圍元件的尺寸也很重要。例如，使用高頻IC允許使用低電容和電感器的輸出電容器，從而減小元件尺寸，反之亦然。
確定所有這些并與您的設計要求進行比較，將快速幫助您確定應該跨越哪個穩壓IC，以及哪個應該在設計中具有特色。
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