蘇州市凱瑞達電子有限公司

雖然設計人員很清楚開(kāi)關 DC/DC 轉換綠近器能(néng)效高，但線性穩壓器仍是大多數應用的最佳選擇。了的呢解其中的原因將(jiāng)幫助設計人員做出離器正确選擇并妥善實現方案。

本文對(duì)線性穩壓器和開(kāi)關穩壓器進(jìn)購鐘行了比較，并介紹了在考慮能(néng)效的同時(shí)，如也制何相應考慮簡潔性、低成(chéng)本、穩定性等因素。

開(kāi)關穩壓器：高效但複雜

開(kāi)關穩壓器效率高，并且能(nén都開g)夠輕松實現升壓輸出、降壓輸出和電壓逆變。目前的模塊化芯片看用結構緊湊、性能(néng)可靠，許多供應商都(dōu)有供應站到。盡管開(kāi)關穩壓器具有許多優勢，但也存在不足之處(表 1)。自好

首先，開(kāi)關穩壓器屬于複雜芯片，因此為确保新産品正常工作，可能(nén明輛g)需要更多的設計工作。其次，目前的開(k北計āi)關穩壓器集成(chéng)度越高，成(chéng)本也越高，并且還(麗還hái)需增大芯片尺寸。最後(hòu)，所有的化樂高頻率開(kāi)關往往會(huì)産生噪聲。

在高頻工作模式下，開(kāi)關穩壓器會(huì)房街在輸入和輸出濾波器上産生電壓和電流紋波，這(zhè)是在設計中使來議用該器件所面(miàn)臨的主要問題。而解決這(zhè)東靜些問題需要時(shí)間和設計技能(néng)。

線性穩壓器可以解決開(kāi)關穩壓器的所有主要缺點。它們簡單且低成(ch作高éng)本，需要較少外部元器件，并且不會(huì)因開(kāi)關産生多餘的美中噪聲。如表 1 所示，對(duì)于恰當的應用選擇這(zhè)些合适的線冷人性穩壓器才是明智之舉。

僅支持降壓工作模式

上段描述中有一關鍵詞“恰當的應用”，那是因為線性穩壓器存在愛線局限性，這(zhè)意味著(zhe)它們可能(néng)不适合某些設計，但卻會林農(huì)是另一些設計的合适之選。

例如，線性穩壓器輸出隻能(néng)低于外窗輸入電壓(“降壓”)。因為存在局限性，所以需中秒要增加額外的電池來提高基本 DC 供電電壓，才能(n跳弟éng)确保電壓超過(guò) LDO 需要的輸入電壓。跳離每個穩壓器需使用五個标稱電壓為 1 至 1.5 伏的電池，每個道司電池需要在其整個放電周期内确保可靠的 5 伏輸出電壓。而額外增加電池的成(c話知héng)本很快會(huì)超出使用較少電池即國水可運行的開(kāi)關穩壓器成(chéng)本。此外，額外的場冷電池還(hái)占據了寶貴的空間。

另外還(hái)有一個問題，如果産品中的她歌元器件需要高于所有其他元器件的電壓，線性穩壓器無法實現升壓輸出。還(há票見i)有類似的問題，在某些模拟電路需要負電間我壓的情況下，由于線性穩壓器無法逆轉正電源，因而無法使用。

線性穩壓器的效率不如開(kāi)關器件，因此其電池的壽靜湖命不如開(kāi)關穩壓器長(cháng)久。更糟糕的是，如果電池仍有一些電量聽冷，但合成(chéng)後(hòu)的輸出電壓低于雪什芯片需要的最低電壓，將(jiāng)無法使用剩餘電多報量。

相比之下，開(kāi)關器件可以切換至升壓模式長民，從而用盡電池的最後(hòu)電量。

當電池的直流源的初始電壓高于實際需要的軌電壓，且電池電會動壓随著(zhe)放電的持續降至所需軌電壓以下時(shí)，睡是降壓升壓穩壓器就(jiù)非常實用。降壓升壓器件可以在兩(liǎng)種作鄉(zhǒng)模式中完美切換，即使在電池電壓降至軌電壓之下，仍你請可獲得所需的輸出軌電壓值。

在一些極低功耗應用中，以縮短電池壽命為代價來避免大書使用開(kāi)關穩壓器是可以接受的。例如唱體，使用線性穩壓器導緻高功耗産品的電池壽命從 12 小時(shí)縮短至 8 小在刀時(shí)，消費者不太會(huì)對(duì月師)此感到(dào)高興;但如果價格足夠便宜，消費者很可能(né跳內ng)會(huì)接受低功耗産品的電池壽命明可從六個月縮短至五個月。

線性穩壓器的高能(néng)效範圍

線性穩壓器可能(néng)無法達到(dào)開(kāi)關轉換器或穩間北壓器的整體效率，但其仍具有自身的優勢，在輸入和輸出電壓數志差降低時(shí)，穩壓器能(néng)效就(ji道兵ù)會(huì)升高。當輸入電壓剛剛高于輸資公出電壓值時(shí)，線性穩壓器的能(néng)效接近 95% 至 可志99%。

這(zhè)種(zhǒng)特征表明在特定應用中的線性穩壓器整體河西效率要高于僅做簡單直接比較而得出的結果。因此務必考慮産品工作期間内電池門讀的完整放電特性，并确定該段時(shí)間内的平均效率以獲得秒關精确數值(圖 1)。

圖 1：使用三節 AA 型堿性電池(100 mW 恒定功率負載)的系著事統中線性穩壓器能(néng)效與電池電壓之間的關系;請注意穩壓器能(néng)黃車效如何随著(zhe)電壓下降而升高。(圖片：Maxim Integr那自ated)盡管電池滿電量時(shí)能(néng)效約為 73船場%，但整個放電周期内的平均能(néng)效為 85%。應該將(jiā但做ng)此數值與開(kāi)關穩壓器等效數據用房進(jìn)行比較，因為開(kāi)關穩壓器電算就池效率不會(huì)随著(zhe)電壓下降而升高。

再看一下圖 1，我們會(huì)發(fā)現在 路熱20 小時(shí)後(hòu)，盡管電池仍有一些電量，但由于輸入和輸上爸出電壓差太小，以至于該器件無法調節電壓，繼而停止工作。電大校池實際為産品供電的總累積電量為：

平均調節效率 × 停止供電前的電池能(néng)量使用百分比 =小體85% × 80% = 68%。

選擇較低壓差特性的 IC 确保耗盡更多的電池電量，從而提高效坐什率。

“壓差”是指調節停止前輸入和輸出電壓的差值我藍。如圖 1 示例所示，如果線性穩壓器更換成(chéng)具暗計有更高壓差的器件(3.4 至 3.0 伏睡關)，電池可以多使用 2.5 小時(shí)，電池能(né很街ng)源利用率將(jiāng)提高至：

85% × 90% = 76.5%

仔細查看制造商提供的規格書，因為一些所謂的“低壓差”(LD個風O) 器件的輸入/輸出壓差十分大。這(zhè)意味著(zhe)停止工作前媽窗，電池中仍含有很多電量。請注意，壓差可能(néng)随負載電流花雜變化而變化。

LDO 選擇與實現

對(duì)于希望在特定應用中選擇使用 LDO 以便充分利睡美用線性穩壓器優勢的設計工程師來說(shuō)，很可能(néng)國亮會(huì)在市場上紛繁蕪雜的選擇面(mià朋站n)前不知所措。雖然外觀簡潔，但一般的 LDO 商師規格書除基本的規格表通常還(hái)有二十、三十甚至更多性能(néng林黑)圖。這(zhè)些圖展現了靜态和動态性能(néng)以及在不同工作場長習景和條件下的功能(néng)。

在針對(duì)便攜式應用的 LDO 器件中，媽又有許多器件适合于寬輸入和輸出電壓範圍。一些具有話民固定輸出電壓、一些具有用戶可調節輸出電壓、一些可以提供負很你輸出軌。一些 LDO 較為通用并具有備用電源，而其他一些慢是 LDO 針對(duì)特定應用領域專門優化了男遠一個或多個參數。以下幾個示例展示了市面(miàn)上 LDO時內 的多樣(yàng)性。

汽車：Maxim Integrated 電看MAX16910 是用于汽車應用的 200 mA鐵鄉 超低靜态電流 LDO。除了具備基本性能(n去資éng)，該器件還(hái)适用于要求嚴苛的汽車應費訊用環境。具有 +45 伏的抗瞬變輸入電壓，可以應對(duì那員)“負載突降”狀況并在該狀況下工作，還(hái)可工作于(指定值)-40°C短師 至 +125°C 的汽車溫度範圍(圖 2)兒雨。在 +3.5 伏至 +30 伏的輸入電壓下工作，僅多靜消耗 20 微安 (?A) 空載靜态電流，在用戶控制關斷模式下僅為 1.6 μ嗎刀A。

圖 2：Maxim Integrated 的 MAX16910 十分引人注機鐘目，因為它符合質保功能(néng)中嚴苛的汽車規定，并鐵視可在 -40°C 至 +125°C 的溫度範圍内影輛正常工作。(圖片：Maxim Integrated)費不負電壓：負電壓設計可不僅僅是反向(xiàng)連接轉換器，還(員人hái)涉及到(dào)接地參考問題以及其他拓撲問題。因而姐聽，需要特定的負電壓型 LDO。Analo動章g Devices 的 ADP7183 具有負輸入/輸出電壓以問煙及超低噪聲特性(圖 3)。

這(zhè)些 IC 在 ?2.0 伏至 ?5.5 伏的輸入電壓可計下工作，最高提供 ?300 毫安 (mA報鄉) 的輸出電流。該器件提供 15 種(zhǒng) ?0.5 伏至 算地?4.5 伏的固定輸出電壓選擇，或具有在 ?0.5 伏至 ?樹習VIN + 0.5 伏範圍内可調節的輸出電壓。此外，輸出弟醫噪聲在 100 Hz 至 100 kHz 時(sh報生í)僅為 4 μVRMS，噪聲譜密度在 10 kHz 至 1輛些 MHz 時(shí)為 20 nV/√Hz。最坐答後(hòu)，典型電源抑制比 (PSRR) 在 10 爸化kHz 時(shí)為 75 dB;100 kHz 時(s紙煙hí)為 62 dB;1 MHz 時(shí)為 4器弟0 dB。

線性穩壓器L7806CV www.dzsc.com/ic-det和美ail/9_2854.html的詳細規格

類别：集成(chéng)電路(IC)

PMIC - 穩壓器 - 線性

制造商：STMicroelectronic金化s

系列：-

包裝 ：管件

零件狀态：在售

輸出配置：正

輸出類型：固定

穩壓器數：1

電壓 - 輸入(最大值)：35V

電壓 - 輸出(最小值/固定)：6V

電壓 - 輸出(最大值)：-

壓降(最大值)：2V @ 1A(标準)

電流 - 輸出：1.5A

電流 - 靜态(Iq)：8mA

PSRR：59dB(120Hz)

控制特性：-

保護功能(néng)：超溫，短路

工作溫度：0°C ~ 125°C

安裝類型：通孔

封裝/外殼：TO-220-3

供應商器件封裝：TO-220-3

基本零件編号：L7806

輸出配置：正

輸出類型：固定

穩壓器數：1

電壓-輸入(最大值)：35V

電壓-輸出(最小值/固定)：6V

壓降(最大值)：2V @ 1A(标準)

電流-輸出：1.5A

電流-電源：8mA

PSRR：59dB(120Hz)

保護功能(néng)：超溫，短路

工作溫度：0°C ~ 125°C

安裝類型：通孔

封裝/外殼：TO-220-3