|
來源：Digikey 作者：Don Horne 選擇合適的開關(guān)穩(wěn)壓器時，效率是最重要的選擇依據(jù)。當(dāng)今的微型設(shè)備應(yīng)能以較小的尺寸實現(xiàn)可靠的電源。 能夠通過產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓來提供大量電流，是電子器件設(shè)計的一項基本要求。開關(guān)穩(wěn)壓器是產(chǎn)生穩(wěn)定的電源電壓和將電壓升高或降低的必備器件。 開關(guān)穩(wěn)壓器有多種名稱：轉(zhuǎn)換器或開關(guān)、開關(guān)模式電源 (SMPS) 以及 DC/DC 穩(wěn)壓器或轉(zhuǎn)換器。由于在滿足更高效的高功率轉(zhuǎn)換要求、能靈活地從單輸入電壓源獲得穩(wěn)定輸出以及能適應(yīng)不同極性的多路輸出電壓等方面具有優(yōu)勢，開關(guān)穩(wěn)壓器的受歡迎程度在持續(xù)上升。 最常見的開關(guān)轉(zhuǎn)換器類型如下： 升壓型：將輸入電壓升高，并在調(diào)節(jié)后輸出 降壓型：將輸入電壓降低，并在調(diào)節(jié)后輸出 升降壓：將輸入電壓升高或降低，可選擇負(fù)極性 反激型：一種同時提供電隔離的升降壓類型 恒壓和可調(diào)節(jié)線性電壓穩(wěn)壓器 多年來，電源設(shè)計一直依賴線性穩(wěn)壓器。事實證明，線性穩(wěn)壓器在提供連續(xù)的固定輸出電壓方面表現(xiàn)出色。除此之外，還有其他線性穩(wěn)壓器（如 LM317）具有調(diào)節(jié)功能。 常見的恒定和線性輸出電壓穩(wěn)壓器類型包括 78xx 正輸出系列、79xx 負(fù)輸出電壓系列。這類穩(wěn)壓器可提供 5 V 至 24 V 的穩(wěn)定輸出。 線性穩(wěn)壓器不是開關(guān)模式電源。穩(wěn)壓器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低。穩(wěn)壓器的輸出功率通常低于 10 W 且效率往往較低，因此會發(fā)熱，但具有低噪音和低紋波特性。線性穩(wěn)壓器只能進(jìn)行降壓調(diào)節(jié)，而 SMPS 則可以利用降壓、升降壓器件對輸入電壓進(jìn)行電壓升高、降低和負(fù)向調(diào)節(jié)。 開關(guān)模式電源系統(tǒng) 大多數(shù)現(xiàn)代電視機(jī)、個人電腦、直流電機(jī)驅(qū)動器和功率放大器都需要先進(jìn)高效的 SMPS 器件。這種器件利用半導(dǎo)體開關(guān)技術(shù)而不是標(biāo)準(zhǔn)的線性方法來提供輸出電壓�；镜拈_關(guān)轉(zhuǎn)換器由功率開關(guān)級和控制電路組成。 SMPS 的功率耗散較低，通過在飽和“導(dǎo)通”和截止“關(guān)斷”狀態(tài)之間在內(nèi)部對晶體管（或功率 MOSFET）進(jìn)行開關(guān)操作，擁有了效率更高的優(yōu)勢。 降壓開關(guān)穩(wěn)壓器 ROHM Semiconductor 的 BD9x 系列為設(shè)計人員提供了高效率 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器，是需要高效率電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用（包括汽車和工業(yè)設(shè)計）的緊湊型選擇。BD9x 系列采用簡化設(shè)計，減少了器件數(shù)量，從而節(jié)省了空間、減少了制造流程。該系列待機(jī)電流小，可延長便攜式應(yīng)用中的電池壽命，同時保持穩(wěn)定的輸出電壓，以實現(xiàn)可靠的性能，例如 BD9A201FP4-LBZTL降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器（圖 1）。 
圖 1：BD9A201FP4-LBZTL 降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器可提供穩(wěn)定的輸出電壓。(圖片來源：ROHM Semiconductor） BD9E105FP4-ZTL 降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器（圖 2）提供單路可調(diào)輸出，是一款專為滿足較低電壓需求而設(shè)計的直流穩(wěn)壓器。憑借低導(dǎo)通電阻功率 MOSFET 和單同步降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，BD9E105FP4-ZTL 穩(wěn)壓器在輕負(fù)載條件下可實現(xiàn)最佳能效。這非常適合要求待機(jī)功耗最小的設(shè)備和裝置。 該器件不僅瞬態(tài)響應(yīng)特性良好，在電路板上的占用面積小，而且封裝小巧、功率密度高，是冰箱和空調(diào)等家電產(chǎn)品、電信設(shè)備、適配器和二次電源設(shè)備的理想之選。
圖 2：BD9E105FP4-ZTL 降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器可滿足較低的電壓需求。(圖片來源：ROHM Semiconductor） 升壓開關(guān)穩(wěn)壓器 MP3414AGJ-Z 升壓開關(guān)穩(wěn)壓器提供可調(diào)輸出，其外形纖薄，適合空間有限的表面貼裝應(yīng)用。該器件能在 -40°C ~ +125°C 的溫度范圍內(nèi)輕松運行，并能從低至 1.8 V 的輸入電壓開始工作，同時提供浪涌電流和輸出短路保護(hù) (SCP)。 當(dāng)需要具有輸出斷開功能的升壓轉(zhuǎn)換器時，必須能在保持高效率的同時以同步電流模式運行。此外，由于采用集成 P 溝道同步整流器提升了效率，因此無需外部肖特基二極管。MP3414A 關(guān)斷時的輸出斷開功能可實現(xiàn)完全放電，同時在關(guān)斷模式下的電流消耗小于 1 μA。 越小越好 使用 MP3414A 可以減少外部元件數(shù)量。該器件具有 1 MHz 開關(guān)頻率，可使用小體積外部元件，同時其軟啟動功能最大限度地減少了外部元件數(shù)量。該器件可處理較大范圍的電流負(fù)載。此外，集成功率 MOSFET 支持超過 3 A 的峰值開關(guān)電流，且輸出電壓達(dá)到 5.5 V。 這種多用途、大功率和小巧的外形非常適合此類單芯鋰電池產(chǎn)品，包括兩芯和三芯堿性、鎳氫或鎳鎘電池。諸如 MP3414A 這樣的升壓轉(zhuǎn)換器非常有助于無線外設(shè)、游戲配件、個人醫(yī)療設(shè)備和便攜式媒體播放器。 這種技術(shù)發(fā)展迅速，而且產(chǎn)品外形越來越緊湊。與 SOP-J8 相比，采用 TSOT23 封裝的 MP3414AGJ-Z 體積縮小了約 72%，從而大大減少了所需的板面積（圖 3）。
圖 3：隨著元器件的設(shè)計越來越小，封裝（如 TSOT23）小型化就顯得非常必要。(圖片來源：ROHM Semiconductor） 降低功耗的同時，最大限度地提高效率 對小型化的需求是一種持續(xù)驅(qū)動力；同時，還需要保持可靠性和功率效率。BD9E202FP4-ZTL 降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計緊湊，提供可調(diào)輸出和可靠的功率（圖 4）。
圖 4：BD9E202FP4-ZTL 是一款降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，能以更小巧、更緊湊的設(shè)計可靠地輸出功率。(圖片來源：ROHM Semiconductor） 也許有人認(rèn)為，小型化意味著以犧牲負(fù)載能力或可靠的電力輸送為代價，但事實并非如此。 BD9E202FP4-ZTL 不僅實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)換效率，而且還有助于降低功耗要求（圖 5）。 通過提供較低的待機(jī)電流，電池供電型設(shè)備可將閑置時的功耗降至最低。此外，通過控制恒定導(dǎo)通時間，還可實現(xiàn)高效的輕負(fù)載運行。
圖 5：設(shè)計人員正在尋找能夠高效、可靠供電的高能效 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器。(圖片來源：ROHM Semiconductor） 用于 AC/DC 和 DC/DC 的反激式轉(zhuǎn)換器 反激式轉(zhuǎn)換器是一種包含反激式變壓器的升降壓轉(zhuǎn)換器。既可用于 AC/DC 轉(zhuǎn)換，也可用于 DC/DC 轉(zhuǎn)換，且在任何輸出與輸入之間都實現(xiàn)了電隔離。此外，還具有電壓比倍增功能，以及隔離的額外優(yōu)勢。 隔離式電源轉(zhuǎn)換器有兩種控制方案：電壓模式控制和電流模式控制。為確保運行時的穩(wěn)定，大多數(shù)情況下電流模式控制應(yīng)占主導(dǎo)地位。 升降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 升降壓轉(zhuǎn)換器是一種典型的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓幅值大于或小于輸入電壓。此外，這種轉(zhuǎn)換器也可以產(chǎn)生負(fù)電壓。這種轉(zhuǎn)換器類似于反激式轉(zhuǎn)換器，但不使用變壓器，而是使用單個電感器。具體來說，升降壓轉(zhuǎn)換器由兩種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成，都能產(chǎn)生從大于輸入電壓到小至零的一系列輸出電壓。 DC/DC 電源有時被稱為“斬波器”，包括一個升降壓電路，可根據(jù)占空比的不同，用作升壓或降壓轉(zhuǎn)換器。 結(jié)語 當(dāng)今汽車和工業(yè)設(shè)計的高效電源轉(zhuǎn)換離不開開關(guān)穩(wěn)壓器。隨著當(dāng)今的設(shè)計變得越來越緊湊小巧，對能夠保持穩(wěn)定功率水平的多功能高效器件的需求也空前高漲。 雖然開關(guān)穩(wěn)壓器可能有不同的名稱——SMPS、DC/DC 轉(zhuǎn)換開關(guān)、穩(wěn)壓器或轉(zhuǎn)換器，但 ROHM 可為需要高效電源轉(zhuǎn)換的各種應(yīng)用提供多種緊湊型產(chǎn)品選擇。 |
