有源稳压器的优缺点？为电子产品开发项目选择合适的稳压器？

电压调节器（稳压器）是一种集成电路，旨在将其输入端的电压调节到其输出端的恒定、固定电压，而不管负载电流或输入电压如何变化。

工程师介绍，我们在开发电子产品的时候，它通常由不同的电子元件组成，这些电子元件有时在不同的电压水平下运行。因此，为了可靠地满足特定设计或设计中不同组件的电源要求，通常在电源单元中使用稳压器来将主电源的电压调节到设备不同部分所需的电压。

在为任何设备设计电源单元时，总是需要做出大量决定。这些决定之一，便是稳压器的选择，因为它们有不同的“形状和大小”，具有不同“花里胡哨”的特性。所以，选择很重要，比如它们在一个电路中使用时成为一个很好的选择，但在其他电路中可能是一场灾难。

因此，为电子产品开发项目选择合适的调节器需要对选项有透彻的了解，本文将重点关注这一点。我们将评估不同类型的电压调节器、它们的工作原理以及何时使用一种比另一种更有意义。

一、稳压器的类型

电压调节器可以根据不同的因素进行分类，例如它们的应用、它们的工作电压、电源转换机制等等。

在本文中，我们将重点介绍有源电压调节器，并根据它们用于调节的机制将它们分为两大类。这两个类别包括：

（1）线性稳压器。

（2）开关稳压器。

1.线性稳压器

线性稳压器使用分压器的原理将其输入端的电压转换为所需的输出端电压。它们采用反馈环路自动改变系统中的电阻，以抵消负载阻抗和输入电压变化的影响，所有这些都是为了确保输出电压保持恒定。

线性稳压器的典型实现涉及使用FET作为分压器的一侧，反馈回路连接到晶体管的栅极，根据需要驱动它以确保输出电压的一致性。

虽然将晶体管用作电阻器有助于简化线性稳压器的设计和实现，但它在很大程度上导致了与稳压器相关的低效率。其原因是晶体管将多余的电能（输入电压和输出电压之间的电压差）转换为热量，从而导致晶体管发热导致功率损失。

在输入电压或输出负载电流过高的情况下，稳压器可能会产生热量，从而导致其击穿。为了缓解这种情况，设计人员通常采用散热器，其尺寸由通过稳压器吸收的电流（功率）量决定。

对于线性稳压器，另一点值得一提的是，输入电压需要比输出电压高出一个最小值，称为压降电压。该电压值（通常约为2v）因稳压器而异，有时由于功率损耗而成为从事低功率应用的设计人员关注的主要问题。作为解决此问题的一种方法，使用一种称为LDO（低压差）稳压器的线性稳压器，因为它们的设计能够在输入和输出电压之间的低至100mV的差异下工作。

在下文中，以LM7805线性稳压器为例：

优点

线性稳压器的一些优点包括：

1.设计简单，易于实现；

2.产生较低的EMI和噪声；

3.对负载电流或输入电压条件变化的快速响应时间；

4.输出纹波电压低。

缺点

线性稳压器的一些缺点包括：

1.大量电能以热能形式浪费，效率低；

2.压降要求使其成为低功率应用的糟糕选择；

3.由于需要散热片，在印刷电路板上占用更多空间；

4.大量电能以热能形式浪费，效率低；

5.压降要求使其成为低功率应用的糟糕选择；

6.由于需要散热片，在印刷电路板上占用更多空间；

2.开关稳压器。

尽管它们具有更复杂的设计并且需要更多配套元件才能发挥作用，但开关稳压器是一种超高效稳压器，用于不能容忍功率损耗（如线性稳压器）的情况。

开关电压调节器中的电压调节机制涉及快速开关与储能组件（电容器或电感器）串联连接的元件，以定期中断电流流动并将电压从一个值转换为另一个值。如何做到这一点取决于反馈机制的控制信号，例如线性稳压器中采用的反馈机制。

与线性稳压器不同，开关元件要么处于完全导通状态，要么处于关断状态。它不耗散功率，并允许稳压器获得比线性稳压器更高的效率。

开关稳压器的基本实现使用在截止或饱和状态下运行的“传输晶体管”作为开关元件。当传输晶体管处于截止状态时，没有电流流过它，因此没有功率耗散，但是当它处于饱和状态时，它的两端出现可以忽略不计的压降，伴随着少量的功率耗散，最大电流被转发到负载。由于开关动作和在截止状态期间节省的能量，开关稳压器的效率通常为70%。

基于开关和PWM的控制提供了很大的灵活性，允许开关电压调节器在不同模式下工作并以各种类型存在，包括：

（1）降压开关稳压器。

（2）升压开关稳压器。

（3）降压/升压开关稳压器。

1.降压开关稳压器

降压开关稳压器，也称为降压稳压器，将输入端的高电压转换为输出端的低电压。这种操作类似于线性稳压器的操作，不同之处在于降压稳压器以更高的效率运行。下面提供了说明降压稳压器中组件排列的图像。

2.升压开关稳压器

升压开关稳压器，也称为升压稳压器，可以将输入端的低电压转换为输出端的较高电压。它们的配置是线性稳压器和开关稳压器之间的主要区别之一，因为如果线性稳压器的输入电压大于其输出所需的电压，则不会进行调节。下面提供了说明升压开关电压调节器的电路。

3.降压/升压稳压器

降压/升压稳压器结合了上述两个稳压器的特性。它可以提供固定的输出电压，而不管输入和输出电压之间的差异（+或-）。它们在电池应用中非常有用，在这些应用中，输入电压（开始时可能高于输出电压）随着时间的推移降低到低于输出电压的水平。下面提供了说明降压/升压开关稳压器的电路：

缺点

与开关稳压器一样高效和完美，它们也有缺点，其中包括：

1.复杂的设计；

2.需要更多额外组件；

3.贵；

4.如果管理不当，可能会影响产品认证的高EMI和噪声生成率

5.高输出电压纹波；

6.与线性稳压器相比，瞬态恢复时间更慢。

优点

根据您的应用，开关稳压器的优势可能会超过其劣势。其中一些优点包括：

1.体积小；

2.高效率；

3.它们可以提供大于或小于输入电压的输出电压；

4.适合低功耗应用；

5.体积小；

6.高效率；

7.它们可以提供大于或小于输入电压的输出电压；

8.适合低功耗应用。

二、为电子产品开发项目选择合适的稳压器

为您的项目选择合适的稳压器通常不是在线性稳压器或开关稳压器之间进行选择的问题。可以通过简单地考虑它们的优缺点并决定哪一个最适合您来在两者之间进行选择。但是，需要验证稳压器的其他特定属性（开关或线性）以确保它非常适合您的项目。其中五个基本属性描述如下：

1.输出电压（或电压范围）

这可能是监管机构首先要注意的事情。确保稳压器的输出电压（或电压范围）与您的应用所需的值相匹配。对于某些稳压器，可能需要外部组件来将输出电压保持在所需的电压水平上。所有这些都应该在为您的项目给调节器盖上橡皮图章之前确认。

2.输出电流

电压调节器的设计考虑了特定的电流额定值。将它们连接到电流要求大于其额定电流的负载可能会导致稳压器损坏或负载出现故障。这在线性稳压器的情况下更为重要，因为电流对功率损耗有直接影响。

始终确保您选择的稳压器能够承受预期的负载电流。

3.输入电压范围

这是指稳压器支持的输入电压的容许范围。它通常在数据表中指定，作为设计人员，确保应用的可能输入电压在该范围内很重要。大多数初级设计人员在解决此问题时犯的一个错误是只关注最大输入电压，而忘记了低于指定最小电压的输入电压可能会导致调节误差，尤其是在线性稳压器的情况下。了解这些值将帮助您估计稳压器因线性稳压器产生过多热量或开关稳压器故障而发生故障的条件。

4.工作温度范围

在大多数数据表中定义为环境温度（Ta）或结温，工作温度范围是稳压器正常工作的温度范围。更具体地说，结温通常是指晶体管的最高工作温度。相反，环境温度是指设备周围环境的温度。这两个值都很重要，尤其是对于线性稳压器，因为它们有助于为稳压器选择完美的散热器。

5.压降

这在选择线性稳压器时很重要。如前所述，压差是指输入电压必须大于输出电压才能进行调节的量。虽然这对于大多数应用来说可能不是一个重要的考虑因素，但对于效率和低功耗考虑很重要的应用，使用具有低压降电压的稳压器是有意义的。

还需要考虑其他因素，如效率、封装尺寸、瞬态响应和潜在的EMI噪声生成。

总之，决定使用哪种稳压器的简单方法是首先根据其优缺点来决定线性稳压器还是开关稳压器是最佳选择。在此决策级别之后，可以对调节器的属性进行进一步调查，因为它可能会影响您的设计。尽管这种尽职调查有时感觉没有必要，但它可能对您的项目的成功非常重要。