DC-DC转换设计：功率转换中的开关稳压器与线性稳压器

大多数设计人员谈论功率调节和DC-DC转换时，他们专注于效率并谈论开关调节器。比较开关稳压器与线性稳压器时，这是有道理的。对于低电平电路，可以使用高效的开关稳压器作为IC。那么线性稳压器在哪里适合DC-DC转换领域，您如何在功率调节策略中使用它们呢？

通常，是使用开关稳压器还是线性稳压器，还是级联稳压器的组合，取决于未稳压源的性质。如果您专门设计功率调节器来适应电源的行为，则可以减少组件数量和系统复杂性。这是每种类型的调节器如何在DC-DC转换中发挥作用，以及如何设计电路以适应未调节的电源。

功率转换中的开关稳压器与线性稳压器

开关稳压器和线性稳压器用于各种系统，并且多个稳压器可以级联（即，串联放置）。转换为高直流电压后，通常会使用另一个开关稳压器/ VRM为特定电路模块提供所需的输出电压。或者，您可以在输出级使用线性稳压器来提供稳定的输出，并留有一定的余量。这是放置低压差稳压器的典型位置。

这种将多个调节器串联放置的调节策略非常普遍，并且比单个调节器具有多个优势。下面显示了显示此示例策略的框图。

适应交流电源

上述策略旨在在非稳压DC和稳压DC之间进行转换，但也可以与AC线路输入一起使用。为此，只需在第一个开关转换器的输入处放置一个全波二极管电桥。

开关转换器会在未调节的输入AC电流上引起谐波失真，从而降低调节器的整体效率。因此，功率因数校正（PFC）电路用于消除AC电流尖峰并使输入AC电流呈现正弦波并带有一些波纹。根据欧洲EMC准则，必须使用PFC电路，这有助于减少主电源消耗的过多功率。

转换器安排

上图中的第一转换器级通常是开关稳压器。这样做是因为转换器通常需要将高电压信号降压到中等或低电压电平。转换器还需要配置为具有较高的PSRR，以便在相关频率范围内提供较大的噪声/纹波抑制。

上述策略中的输出转换器可以是开关稳压器或线性稳压器，具体取决于确切的功率要求，第一转换器级中的任何控制机制以及未稳压电源的行为。

就纹波噪声而言，线性稳压器趋向于在更宽的频率范围内提供纹波抑制，从而使其可用于抑制来自上游稳压器的宽带噪声。这是上述策略中经常在输出上使用线性稳压器的原因之一。

通常在输出上使用的线性稳压器是LDO稳压器。只要输入电压高于调节器的裕量，这些调节器就会使用运算放大器将调节器的输出设置为所需的电平。开关稳压器也可以用于输出，这再次取决于所需的降压电平，输入到最终稳压器的信号是否会变化以及它是否包含控制电路。

开关稳压器与线性稳压器的比较

由于第一个转换器通常会提供较大的输入电压降压，因此一般在此阶段使用开关稳压器。这是因为开关稳压器非常高效，如下表所示。开关稳压器的三种常见拓扑是降压（降压），升压（升压）或降压-升压（可通过调节PWM信号的占空比进行配置）。如上所述，最后的调节器级可以是线性调节器或LDO调节器。

	线性稳压器	开关稳压器
效率	低（通常为60％至70％）	高（通常为95％）
控制方式	被动或有源运算放大器	PWM信号
极性	与输入电压相同	可逆的
缩放比例	降压	升压或降压
最高电压输出	低	中到高
PSRR	宽带，高达〜70 dB（取决于频率）	〜50至100 dB，取决于频率
噪声	匹配输入纹波的低频噪声	-由于PWM信号和开关而产生的10-1,000 kHz噪声。 -输出波纹。

下面的流程图显示了一种典型的功率调节策略，其中在电源转换器的输出上使用了LDO。开关转换器将未稳压的输入降压并抑制低频纹波。第二个开关转换器将输出刚好高于LDO裕量的电压，并且LDO将输出所需的电压电平。

第二个稳压器上的反馈电路可以补偿输入电压电平的任何上游变化。在这种情况下，当电压输出下降到选定电平以下时，反馈电路会增加第二个稳压器中的PWM占空比，从而补偿稳压器输出上的任何电压下降。当非稳压电源可能来自电池，机电逆变器或其他输入范围较大的电源时，这种情况很常见。
编辑：hfy