在电路设计中该如何选择线性稳压器和开关稳压器

电子产品离不开电源电路，元器件需要的电压/电流/纹波要求，板子上可能有多组不同的供电，选用什么样的变换方式需要考虑到多种因素。首先我们看一下几种常用的外接供电方式

1、外接交流电： 比如中国国标的220V AC，美国的110 AC，电子产品内部需要AC变DC的电路（一般是独立的变换电路板）变成产品中各个器件用的低压，当然也有外部的“变压器”将220V按照一定的变比变成低压的AC，比如9VAC，这种变压器跟2中的“适配器”很像，但内部只有变压器，没有整流、滤波、稳压的功能，这种设计主要是出于系统整体成本的要求；

2、外接DC适配器：常用的是-48V、24V、12V、9V、5V等，一般是通过一种被称作“适配器（Adaptor）”的黑黑（现在各种颜色的都有了）的家伙，将AC转变为DC。技术的进步可以通过开关稳压的方式将比较宽范围的输入交流变成稳定的直流，开关变换也比较容易获得小的体积。比较常用的就是笔记本的电源变换器、手机充电器等，它们的输出都是低压直流。随着USB端口的无处不在，USB不再只是数据的传输，更多的是用其端口进行供电。目前家庭的插座上越来越多地将USB（5V直流）充电口作为了标配。

3、电池供电： 各种各样的电池和多个电池的组合，多数系统需要对电池充电，随后让电池供电，或者充放电同时进行。

线性稳压器

今天我们讨论的是电路板上通过稳压电路为板上的各个器件产生需要的电压，主要的稳压变换方式有两种：

线性稳压 - Linear Regulator

开关稳压 - Switching Regulator 也叫SMPS（switching mode power supply）

BU**TA2WNVX/HFV系列是采用超小型封装SSON004X1216(1.2mm×1.6mm×0.6mm) & HVSOF5(1.6mm×1.6mm×0.6mm)的200ｍA输出高性能FULL CMOS稳压器。电路电流只有40μA，功耗低，同时又有优良的噪声特性和负载响应特性，最适合用于逻辑IC的电源、用于RF的电源、用于照相机模块的电源等各种用途。

线性稳压器的优点：

使用简单 - 一般来讲3个器件就能搞定；

便宜 - 有几十年历史的器件，价格非常非常便宜；

输出端比较干净 - 低噪声、低纹波、工作于非常宽频带，没有EMI的问题，在对噪声敏感的模拟电路、通信电路供电系统中，一般会选用线性稳压器来保证好的性能；

响应快速

当然线性稳压器的缺点也很明显：

输入电压和输出电压之间必须要保证一定的压差（常规的稳压器一般在2V以上，LDO需要的比较低）才能正常稳压，要让7805工作，其输入端的电压至少要达到7V才行；

效率为输出电压/输入电压，当输入电压与输出电压的差越大，则效率越低，而损失的效率都以热的方式通过稳压器本身消耗掉了。比如12V输入/5V输出的场景，效率只有5/12 ～ 41.6%，而58%的能量都被无谓的消耗掉，且发出的热量对板子上的其它器件的稳定工作带来威胁；

只能用于降压，无法用于升压和反压。

开关稳压电源

开关稳压器主要由工作于开关状态的三极管（或MOS管）+储能的电感或电容构成：

工作于开关模式的三极管：On的时候对电感充电，充电足够的时候开关关闭，电感线圈将能量以电流的方式往负载供电，输出电容同电感一起保证电压的稳定。理论上当三极管处于On的时候其没有压降，处于Off的时候没有电流通过，所以可以达到比较高的转换效率。但实际上其还是有压降和电流通过的，并且还有其它器件上的损耗；

电感：电流流入的时候通过磁场存储能量，它不喜欢电流的变化，会尽力保持电流为常数而达到平滑电流的作用；

电容：可以看作为电压滤波器，它不喜欢电压的变化，用其存储的能量来保持电压为常数。

开关稳压器的优点：

效率比较高，相对比常规的线性稳压器，一般来讲其效率是比较高的，但也会有一些由于器件的非理想化带来一些损耗，结合上面LDO的例子，在一个实际的系统中开关稳压器效率是否一定高于LDO，需要根据实际的电压、电流情况来分析，选用；

输入电压范围较宽 - 全球跑到任何地方都能用的笔记本电源适配器、刮胡刀、手机充电器等等都是用开关稳压的方式实现的，线性稳压器在这种需求下无能为力；

同等功率下，尤其是大功率，开关稳压器的体积可以做的较小，这得益于开关工作频率的提高，有的高达几MHz，器件体积可以变得很小。

开关稳压器的缺点：

相对于三件套的线性稳压器，开关稳压器需要的元器件比较多，有的器件相对还比较大，比如线圈、电容；

高频的开关噪声比较大，元器件的布局比较关键，实现系统需要的低噪声是非常具有挑战的；

元器件的选用也非常关键，比如MOS管、储能电感、平滑电容等

开关稳压器也有不同的类型，根据输入电压和输出电压的关系分：

Buck型 - 降压

Boost型 - 升压

Buck+Boost - 既可以升压也可以降压

罗姆外置FET的开关稳压器BA9741F，该IC根据脉冲幅调整方式，内置双电路开关稳压器控制器。2个电路都能实现降压、升压、负电压工作｡此外，小型的封装最适合用作小型便携设备电源｡

审核编辑黄昊宇