使用電源IC開關穩壓器與線性穩壓器進行DC-DC轉換

關鍵要點

• 線性穩壓器是更簡單的穩壓器，可降低輸入電壓。目標是將輸出設置為特定的直流電壓。
• 開關穩壓器提供更高的效率，但它們可能更復雜并產生開關噪聲。
• 這兩種類型的穩壓IC仍然可以組合在一起，以在所需的電壓和電流下提供穩定的功率輸出。

該電機控制板可受益于開關穩壓器與線性穩壓器

當大多數設計人員談論功率調節和DC-DC轉換時，他們關注的是效率，而談論的是開關穩壓器。當比較開關穩壓器與線性穩壓器時，這是有道理的。對于低電平電路，高效開關穩壓器可作為電源IC提供。那么，線性穩壓器在DC-DC轉換領域的哪些方面，以及您如何將其用于功率調節策略？

通常，您是使用開關穩壓器還是線性穩壓器，還是級聯穩壓器的組合，取決于未穩壓電源的性質。如果專門設計電源穩壓器以適應電源的行為，則可以減少元件數量和系統復雜性。下面介紹了每種類型的穩壓器如何在DC-DC轉換中發揮作用，以及如何設計電路以適應非穩壓電源。

開關穩壓器與線性穩壓器在電源轉換中的應用

開關穩壓器和線性穩壓器用于各種系統，多個穩壓器可以級聯（即串聯放置）。轉換為高直流電壓后，通常使用另一個開關穩壓器/VRM為特定電路模塊提供所需的輸出電壓。或者，您可以在輸出級上使用線性穩壓器提供具有一定裕量的穩定輸出。這是放置低壓差穩壓器的典型位置。

適應交流電源

上述策略設計用于在非穩壓直流和穩壓直流之間進行轉換，但它也可以與交流線路輸入一起使用。為此，只需在第一個開關轉換器的輸入端放置一個全波二極管電橋即可。

開關轉換器會在未穩壓的輸入交流電流上引起諧波失真，從而降低穩壓器的整體效率。因此，使用功率因數校正（PFC）電路來平滑交流電流尖峰，并使輸入交流電流呈正弦狀，并帶有一些紋波。根據歐洲EMC指南，需要使用PFC電路，這有助于減少電源的過多功耗。

轉換器排列

上圖中的第一個轉換器級通常是開關穩壓器。之所以使用這種方法，是因為轉換器通常需要將高壓信號降壓至中等或低電壓電平。轉換器還需要配置為具有高PSRR，以便在相關頻率范圍內提供最大的噪聲/紋波抑制。

上述策略中的輸出轉換器可以是開關穩壓器或線性穩壓器，具體取決于確切的功率要求、第一轉換器級中的任何控制機制以及未穩壓電源的行為。

在紋波噪聲方面，線性穩壓器傾向于在更寬的頻率范圍內提供紋波抑制，使其可用于抑制來自上游穩壓器的寬帶噪聲。這是上述策略中經常在輸出端使用線性穩壓器的原因之一。

輸出端通常使用的線性穩壓器類型為LDO穩壓IC。這些穩壓器使用運算放大器將穩壓器的輸出設置為所需水平，只要輸入電壓高于穩壓器的裕量。開關穩壓器也可用于輸出端，同樣取決于所需的降壓電平以及輸入到最終穩壓器的信號是否會變化以及它是否包括控制電路。

開關穩壓器與線性穩壓器比較

由于第一個轉換器通常在輸入電壓中提供較大的降壓，因此最好在此階段使用開關穩壓器。這是因為開關穩壓器非常高效，如下表所示。開關穩壓器的三種常見拓撲結構是降壓（降壓）、升壓（升壓）或降壓-升壓（可通過調整 PWM 信號的占空比進行配置）。如上所述，最終的穩壓器階段可以是線性穩壓器或LDO穩壓器。

為電力電子使用正確的設計軟件

無論您是使用分立元件設計電源轉換器，還是使用多個電源IC，都應在原理圖設計軟件中使用經過驗證的元件模型。

這些模型允許您使用SPICE等效的元器件模型直接從原理圖中仿真新系統。這樣可以更準確地了解您的系統如何提供功率轉換，以及查看兩種穩壓器輸出上的紋波。您可以輕松將多個調壓器級創建為分層原理圖， 并仿真整個系統或單個調壓器子電路。在設計電源轉換系統并權衡開關穩壓器與線性穩壓器電路的使用時，您可以使用最佳的PCB設計和分析軟件設計原理圖并仿真系統。

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