在許多應(yīng)用中，工程師團(tuán)隊(duì)一個(gè)開關(guān)DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器(“開關(guān)穩(wěn)壓器”)與低輟學(xué)線性穩(wěn)壓器(LDO)。這樣的混合供電是一種很好的方式，以最大限度地延長(zhǎng)電池壽命，同時(shí)保持適用于敏感的模擬電路電池供電產(chǎn)品的無(wú)噪聲電源。

但是，“無(wú)噪聲”只是相對(duì)而言的，因?yàn)樵俸玫牡蛪航捣€(wěn)壓器產(chǎn)生一些噪音。許多工程師認(rèn)為，噪聲的LDO的輸出僅僅是它的電源抑制比(PSRR)的函數(shù)。當(dāng)在一系列具有開關(guān)調(diào)節(jié)器中使用，PSRR確實(shí)是如何在LDO涉及在開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出上的電壓和電流波動(dòng)的良好量度 - PSRR但不應(yīng)該在其上的LDO被選擇的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

該LDO具有其內(nèi)部元件產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲的幾個(gè)來(lái)源，更糟糕的是，一些本是頻率的函數(shù)。它是PSRR和內(nèi)部噪聲的這種組合，其確定LDO的輸出的穩(wěn)定性。

本文介紹了如何結(jié)合的LDO可以為連接，無(wú)線便攜產(chǎn)品很好的解決的開關(guān)穩(wěn)壓器，進(jìn)而導(dǎo)致在解釋為什么該工程師分析LDO的數(shù)據(jù)表，以確保它是非常重要的，它從電力供應(yīng)仍然整體噪音內(nèi)的最終產(chǎn)品規(guī)范。

LDO和開關(guān)穩(wěn)壓器相比，

電池供電的便攜式設(shè)備需要的電壓調(diào)節(jié)，以確保兩個(gè)電池壽命最大化和敏感的硅喂以精確和不變的電壓它要求。此外，規(guī)定確保了電源可以對(duì)應(yīng)于寬的負(fù)載范圍內(nèi)，而不過(guò)度受電池。

電壓調(diào)節(jié)歸結(jié)為兩個(gè)選擇，一個(gè)LDO或一個(gè)開關(guān)調(diào)節(jié)器。低壓降穩(wěn)壓器是相對(duì)便宜，小巧，并提供“干凈”電源(但不是完全純粹的，因?yàn)槲覀儗⒃谙旅嬗懻?優(yōu)雅的設(shè)備。任何一個(gè)合格的電子工程師可以設(shè)計(jì)使用商用模塊化LDO，只是三個(gè)外部無(wú)源元件的電源。此外，還有一個(gè)巨大的范圍可供選擇高度可靠的LDO。凌力爾特公司令人尊敬的LT1084，例如，開發(fā)二十年前，今天仍然是可用的。

線性穩(wěn)壓器的缺點(diǎn)是缺乏在寬電壓范圍內(nèi)的效率，并限制到降壓(或“降壓”)的配置。

LDO的基本前提是利用一個(gè)反饋回路，包括一個(gè)基準(zhǔn)電壓，誤差放大器，一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)以線性模式操作時(shí)，和一個(gè)電阻分壓器。而電阻分壓器設(shè)定的輸出電壓時(shí)，F(xiàn)ET使LDO無(wú)論負(fù)載，以提供一個(gè)恒定的輸出電壓。誤差電路確保輸出被維持在所期望的電壓。圖1示出的LDO的簡(jiǎn)化示意圖。

德州儀器LDO示意圖像

圖1：一個(gè)LDO的基本要素。 (德州儀器提供)

LDO的效率是正比于輸入和輸出電壓之間的差異;的差以下時(shí)，更高效的設(shè)備。功率橫跨FET和電阻分壓器和跨在LDO大的電壓差消散可導(dǎo)致熱量積聚，其可呈現(xiàn)在緊湊便攜式一個(gè)挑戰(zhàn)。

在達(dá)到某一程度時(shí)，在電池電壓下降到一定水平，從而使LDO不再能夠維持所希望的輸出和“滴出”。這一級(jí)被稱為釋放電壓。更高規(guī)格的設(shè)備會(huì)容忍更低的壓差電壓低于昂貴的設(shè)備。例如，凌力爾特的LT3070 LDO - 這從0.95至3 V輸入產(chǎn)生0.81.8 V輸出高達(dá)5 A - 擁有的只是85 mV的壓差電壓。然而，即使是最好的LDO將可能退出而一些容量仍停留在細(xì)胞內(nèi)，減少潛在的電池壽命。

開關(guān)穩(wěn)壓器在20世紀(jì)60年代被引入了在寬電壓和負(fù)載范圍的高效率的主要優(yōu)勢(shì)。效率在低負(fù)載是早期的設(shè)備問(wèn)題，但已基本得到解決與“脈沖跳躍”技術(shù)(見技術(shù)專區(qū)文章“的脈沖頻率調(diào)制的DC / DC開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢(shì)”)。

開關(guān)穩(wěn)壓器使用一個(gè)或兩個(gè)FET，但不像在LDO，這些操作 - 作為產(chǎn)品說(shuō)明建議 - 在切換模式。當(dāng)FET是上并導(dǎo)通電流，在其電源通路上的電壓降最小。當(dāng)FET關(guān)閉和阻塞高壓，幾乎沒有電流通過(guò)它的電源通路。這些特性保證很少的電力消耗在穩(wěn)壓器提高工作效率。一個(gè)現(xiàn)代的12 VIN，3.3 VOUT同步 - 開關(guān)降壓穩(wěn)壓器，如國(guó)際整流器公司(IR)IR3898一般可以達(dá)到90%的效率(比從LDO在相同條件下工作27.5%)。

與低壓降穩(wěn)壓器，還有種類繁多的開關(guān)電源可從主要供應(yīng)商如飛思卡爾，美信，安森美半導(dǎo)體和德州儀器(TI)。

的開關(guān)穩(wěn)壓器的缺點(diǎn)是尺寸(雖然功率密度優(yōu)于的LDO)，成本，設(shè)計(jì)復(fù)雜，和噪聲。最后兩個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)都相關(guān)的，因?yàn)榇蟛糠值脑O(shè)計(jì)的復(fù)雜性有關(guān)，電感器的選擇和要求確保波紋的峰 - 峰值的輸入和輸出濾波電路的設(shè)計(jì)受到限制。電感器(S)等無(wú)源器件的正確選擇，可以限制輸出電壓和電流紋波，但一些電磁干擾(EMI)是不可避免的(見技術(shù)專區(qū)的文章“電容的選擇是關(guān)鍵，以良好的電壓調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)”)。

該設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是由現(xiàn)代偏好高頻開關(guān)電源而加劇。通過(guò)在更高的頻率下操作，電源可以利用較小的電感器(多個(gè))減少其尺寸和成本。然而，高頻率操作，使電磁干擾問(wèn)題更加難以解決(見技術(shù)專區(qū)的文章“設(shè)計(jì)折衷選擇高頻開關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)”)。

由開關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的EMI可以打亂其他成分，特別是在便攜式產(chǎn)品，其中設(shè)備被密集封裝和印刷電路板(PCB)跡線短。更糟糕的是 - 銘記有設(shè)計(jì)工程師熱心于將RF芯片到他們最新的產(chǎn)品與無(wú)線連接賦予它的增長(zhǎng)的隊(duì)列----流浪EMI增加設(shè)計(jì)穩(wěn)健RF電路的難度。

第三個(gè)選項(xiàng)

而不接受通過(guò)選擇一個(gè)LDO或開關(guān)調(diào)節(jié)器引入的妥協(xié)，許多進(jìn)取工程師已經(jīng)由一個(gè)開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出直接鏈接到LDO的輸入創(chuàng)建混合電源拓?fù)洹?/p>

開關(guān)穩(wěn)壓器接受寬范圍的輸入電壓，并有效地調(diào)節(jié)到一個(gè)更高，更低，或倒置的供應(yīng)。另外，如果開關(guān)裝置的輸出(即，輸入到LDO)被設(shè)定為使得它僅稍微大于所述電源的要求輸出，在LDO可以連續(xù)在其最有效的范圍內(nèi)工作。

這種混合供給背后的關(guān)鍵前提是在LDO過(guò)濾開關(guān)穩(wěn)壓器的紋波影響調(diào)節(jié)的輸出，從而消除潛在的EMI問(wèn)題并避免了要求花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)煉PCB設(shè)計(jì)和計(jì)算所述電感和電容值的輸出濾波電路(如將是這種情況，如果開關(guān)調(diào)節(jié)器被用在其自身)。其他優(yōu)點(diǎn)還包括電源，具有改善了穩(wěn)定性，精確度更高，更快的瞬態(tài)響應(yīng)，并降低了輸出阻抗(見技術(shù)專區(qū)的文章“混合電源交付無(wú)噪聲電壓的敏感電路”)。

不幸的是，事情并不僅僅是選擇兩個(gè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)和連接在一起稍微復(fù)雜一點(diǎn)。

控制噪音

的LDO的平滑開關(guān)電源的電壓和電流紋波能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)是PSRR。 PSRR量化LDO的過(guò)濾器從它的輸入如何波紋(在這種情況下，開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出)在很寬的頻率范圍，并表示為分貝(dB)。 (工程師應(yīng)該注意到，根據(jù)脈動(dòng)頻率的PSRR響應(yīng)而變化。以確保該開關(guān)穩(wěn)壓器的工作頻率相匹配是很重要的，或至少是接近，LDO的最好的PSRR頻率響應(yīng)。)

許多工程師的結(jié)論是，所提供的PSRR是好的，那么一切都會(huì)好起來(lái)的混合電源。這不是這種情況，因?yàn)?，如上所述，包括的LDO電壓基準(zhǔn)，場(chǎng)效應(yīng)晶體管，電阻器，和其它外部電路會(huì)引入額外的(和不顯著)噪聲獨(dú)立地PSRR的(見圖2)。具有良好的PSRR，但高的自感應(yīng)噪聲的LDO將是從混合供給產(chǎn)生一個(gè)干凈的電壓一個(gè)糟糕的選擇。因此，重要的是對(duì)入圍的設(shè)備的數(shù)據(jù)表的工程師同時(shí)檢查PSRR和內(nèi)部噪聲參數(shù)。

德州儀器噪聲線性穩(wěn)壓器圖片

圖2：從線性穩(wěn)壓器的噪聲包括外部噪聲，內(nèi)部噪聲，并且拒絕后遺留下來(lái)的。 (德州儀器提供)