如何选择适合您应用的开关稳压器

电源是任何电子项目/设备的重要组成部分。不论来源如何，通常都需要执行电源管理任务，例如电压转换/缩放和转换（AC-DC/DC-DC）。为这些任务中的每一项选择正确的解决方案可能是产品成功（或失败）的关键。在几乎所有类型的设备中，最常见的电源管理任务之一就是 DC-DC电压调节/缩放。这涉及将输入端的直流电压值更改为输出端的较高或较低值。用于完成这些任务的组件/模块通常称为稳压器。它们通常具有提供高于或低于输入电压的恒定输出电压的能力，并且通常用于为设计中具有不同电压部分的组件供电。它们也用于传统电源。

有两种主要类型的稳压器；

线性稳压器

开关稳压器

线性稳压器通常是降压稳压器，它们使用阻抗控制来创建输出端输入电压的线性降低。它们通常非常便宜，但效率低下，因为在调节过程中大量的热量被浪费掉了。另一方面，开关稳压器能够根据架构来提高或降低施加在输入上的电压。它们使用晶体管的开/关切换过程来实现电压调节，该晶体管控制调节器输出端的可用电压。与线性稳压器相比，开关稳压器通常更昂贵且效率更高。

在今天的文章中，我们将重点放在开关稳压器上，标题消失了，我们将研究为项目选择开关稳压器时要考虑的因素。

由于其他部分的复杂性在项目（核心功能，RF等）中，选择电源稳压器通常是设计过程结束之前要采取的行动之一。今天的文章将尝试为受时间限制的设计人员提供有关开关稳压器规格中查找内容的提示，以确定其是否适合您的特定用例。还将提供有关解释不同制造商提供有关温度，负载等参数信息的不同方式的详细信息。

类型开关稳压器

开关稳压器基本上有三种类型，要考虑的因素取决于要在您的应用中使用哪种类型。这三种类型分别是：

降压调节器

升压调节器

降压升压调节器

1。降压调节器

降压调节器，也称为降压调节器或降压转换器流行的开关稳压器。 他们有能力将输入端施加的电压降压到输出端的较小电压。因此，它们的额定输入电压通常高于其额定输出电压。降压转换器的基本原理如下所示。

调节器的输出取决于开和关晶体管的开关和电压值通常是晶体管占空比的函数（每个完整周期中晶体管导通的时间）。输出电压由下面的方程式给出，从该方程式我们可以推断出占空比永远不会等于1，因此输出电压将始终小于输入电压。因此，当在设计的一个阶段和另一阶段之间需要降低电源电压时，可使用降压稳压器。您可以在此处了解有关降压调节器的设计基础和效率的更多信息，进一步了解如何构建降压转换器电路。

2。升压调节器

升压调节器或升压转换器的工作方式与降压调节器直接相反。 它们在输出端提供的电压高于输入电压。像降压稳压器一样，它们利用开关晶体管的作用来增加输出电压，通常由降压稳压器中使用的相同组件组成，唯一的区别是组件的布置。 升压调节器的简单原理图如下所示。

您可以了解更多有关这里的Boost稳压器的设计基础和效率可以通过遵循此Boost转换器电路来构建一个Boost转换器。

3。降压-升压调节器

最后但并非最不重要的是降压升压调节器。从它们的名字，很容易推断它们同时为输入电压提供升压和降压效果。 降压-升压转换器会根据占空比产生一个反相的（负）输出电压，该电压可以大于或小于输入电压。降压-升压型开关电源的基本电路如下所示。

降压-升压型转换器是升压转换器电路，在该电路中，反相转换器仅将电感器L1存储的能量传递到负载中。

这三种开关调节器类型中的任何一种的选择仅取决于负载调节器的要求。系统正在设计中。无论使用哪种类型的调节器，重要的是要确保调节器的规格满足设计要求。

选择调节器时要考虑的因素开关稳压器

开关稳压器的设计在很大程度上取决于所使用的电源IC，因此要考虑的大多数因素将是所使用的电源IC的规格。重要的是要了解电源IC的规格及其含义，以确保为您的应用选择正确的规格。

与您的应用无关，请检查以下因素将帮助您减少选择时间。

1。输入电压范围

这是指 IC支持的输入电压的容许范围。它通常在数据手册中指定，并且作为设计人员，至关重要的是要确保您的应用的输入电压落在为IC指定的输入电压范围内。虽然某些数据手册可能只规定了最大输入电压，但最好在进行任何假设之前检查数据手册，以确保没有提及最小输入范围。当施加高于最大输入电压的电压时，通常会炸掉IC，但是当施加低于最小输入电压的电压时，它通常会停止工作或异常工作，所有这些都取决于已采取的保护措施。输入电压超出范围时，通常采用的一种保护措施是防止IC损坏，这是欠压锁定（UVLO），检查是否可用也可以帮助您进行设计决策。

2。输出电压范围

开关稳压器通常具有可变的输出。输出电压范围表示可以设置所需输出电压的电压范围。在没有可变输出选项的IC中，这通常是单个值。重要的是要确保所需的输出电压在IC规定的范围内，并且具有最大输出电压范围与所需输出电压之差的安全性。通常，最小输出电压不能设置为低于内部参考电压的电压电平。根据您的应用（降压或升压），最小输出范围可以大于输入电压（升压），也可以小于输入电压（降压）。

3。输出电流

此术语是指设计IC的电流额定值。这实际上表明 IC可以在其输出端提供多少电流。对于某些IC，仅将最大输出电流指定为安全措施，以帮助设计人员确保稳压器能够提供应用所需的电流。对于其他IC，提供了最小和最大额定值。在为您的应用计划电源管理技术时，这可能非常有用。

在基于IC的输出电流选择稳压器时，确保应用所需的最大电流之间存在安全裕度非常重要以及稳压器的最大输出电流。确保稳压器的最大输出电流比您所需的输出电流高至少10％到20％是很重要的，因为当IC连续以最大水平工作时，IC可能会产生大量热量，并且可能因热量而损坏。同样，IC的效率最高时也会降低。

4。工作温度范围

该术语是指调节器正常工作的温度范围。它用环境温度（Ta）或结温（Tj）定义。 TJ温度是指晶体管的最高工作温度，而环境温度是指晶体管的温度。

如果根据环境温度定义了工作温度范围，则不一定意味着可以在整个温度范围内使用调节器。重要的是要考虑安全因素，还要考虑计划的负载电流和随之而来的热量，因为这与环境温度的结合是构成结温的原因，也不应超过结温。保持在工作温度范围内对于调节器的正常连续运行至关重要，因为过多的热量可能会导致调节器异常运行和灾难性故障。因此，重要的是在确定指定的工作温度范围之前，请注意设备将要使用的环境中的环境热量，并确定设备由于负载电流而可能产生的热量。调节器为您工作。重要的是要注意，某些调节器也可能在极端寒冷的条件下发生故障，如果将应用程序部署在寒冷的环境中，则有必要注意最低温度值。

5。 开关频率

开关频率是指开关稳压器中控制晶体管导通和截止的速率 。在基于脉冲宽度调制的调节器中，频率通常是固定的，而在脉冲频率调制中。

开关频率会影响调节器的参数，例如纹波，输出电流，最大效率和响应速度。 。开关频率的设计始终涉及使用匹配的电感值，这样两个具有不同开关频率的相似稳压器的性能将有所不同。如果考虑两个不同频率下的类似调节器，则会发现，与在高频下的调节器相比，在较低频率下工作的调节器的最大电流较低。此外，诸如波纹之类的参数在低频时会很高，而稳压器的响应速度会很低；而在高频时，其纹波会很低并且响应速度会很高。

6。噪声

与开关调节器相关的开关动作会产生噪声和相关的谐波，这可能会影响整个系统的性能，尤其是在具有RF组件和音频信号的系统中。尽管可以通过滤波器等降低噪声，但实际上可以降低对噪声敏感的电路中的信噪比（SNR）。因此，重要的是要确保调节器产生的噪声量不会影响系统的整体性能。

7。效率

效率是当今任何电源解决方案设计中要考虑的重要因素。本质上，它是输出电压与输入电压的比率。从理论上讲，开关稳压器的效率为100％，但实际上在实践中通常并非如此，因为FET开关的电阻，二极管压降以及电感器和输出电容器的ESR都会降低稳压器的整体效率。尽管大多数现代稳压器可在较宽的工作范围内提供稳定性，但效率会随使用情况而变化，例如随着从输出中汲取的电流增加而大大降低。

8。负载调节

负载调节是一种电压调节器保持输出恒定电压的能力的方法，而与负载要求的变化无关。

9。包装和尺寸

如今，在设计任何硬件解决方案时，通常的目标之一就是尽可能减小尺寸。这实质上包括减小电子部件的尺寸，并始终减少构成设备每个部分的部件的数量。小型电源系统不仅有助于减小项目的整体规模，而且还可以为增加额外的产品功能创造空间。根据项目的目标，确保所用的外形尺寸/包装尺寸将适合您的空间预算。在基于此因素进行选择时，考虑调节器功能所需的外围组件的尺寸也很重要。例如，使用高频IC允许使用低电容的输出电容器和电感器，从而减小了组件尺寸，反之亦然。

识别所有这些并与您的设计进行比较需求将迅速帮助您确定设计中应使用哪个调节器，并在设计中使用哪个功能。

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直到下一次。
责任编辑：wv