比較開關(guān)穩(wěn)壓器的效率和成本與頻率

開關(guān)穩(wěn)壓器使用輸出級，重復(fù)切換“開”和“關(guān)”狀態(tài)，與能量存貯部件(電容器和感應(yīng)器)一起產(chǎn)生輸出電壓。它的調(diào)整是通過根據(jù)輸出電壓的反饋樣本來調(diào)整切換定時(shí)來實(shí)現(xiàn)的。

在固定頻率的穩(wěn)壓器中，通過調(diào)節(jié)一個(gè)周期內(nèi)的高低電平的時(shí)間占空比來實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的控制，假設(shè)設(shè)定高電平時(shí)接通，此時(shí)對能量存儲元件充電，使電容的電壓升高，輸出電壓就是電容的電壓也就增大了，反之同理。 這就是所謂的 PWM 控制。在門控振蕩器或脈沖模式穩(wěn)壓器中，開關(guān)脈沖的寬度和頻率保持恒定，但是，輸出開關(guān)的“開”或“關(guān)”由反饋控制。

根據(jù)開關(guān)和能量存貯部件的排列，產(chǎn)生的輸出電壓可以大于或小于輸入電壓，并且可以用一個(gè)穩(wěn)壓器產(chǎn)生多個(gè)輸出電壓。在大多數(shù)情況下，在同樣的輸入電壓和輸出電壓要求下，脈沖(降壓)開關(guān)穩(wěn)壓器比線性穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換電源的效率更高，但帶載能力要比線性的要低。開關(guān)電路輸出的電流不是直流，它的后面還需要連接整流平滑電流，把脈動電流轉(zhuǎn)換成直流電流。

如何比較一款開關(guān)穩(wěn)壓器性能好壞?

我看到很多關(guān)于新開關(guān)穩(wěn)壓器的新聞稿。展示公司通常會談?wù)摓槭裁此麄兊脑O(shè)備比其他人的部分更好。列出的標(biāo)準(zhǔn)很有趣，有時(shí)甚至是矛盾的。

以下是一些有趣且引人注目的聲明。這些通常是我們所說的開放式比較 ——“更好”——比什么更好?它沒有說明。我們可以假設(shè)它們的意思是“比其他人的蹩腳部分”。因此，我們有這個(gè)：

· 更低的花費(fèi);

· 更高的效率;

· 更好的瞬態(tài)響應(yīng);

· 更高的開關(guān)頻率;

· 能夠在更高的輸入電壓下運(yùn)行;

· 外部零件更便宜;

· 更好的監(jiān)管;

· 能夠以更高的投入產(chǎn)出比運(yùn)行;

· 更少的 EMI/EMC。

讓我們考慮其中的一些?！澳軌蛟诟叩妮斎腚妷合逻\(yùn)行”意味著它建立在更高的電壓工藝之上。這意味著它不會像在大約 5V(最大)輸入下運(yùn)行的設(shè)備那樣便宜。因此，如果我們看到“成本更低”，我們可以假設(shè)我們無法通過中間 12V 總線為設(shè)備供電。

“能夠以更高的投入產(chǎn)出比運(yùn)作”呢?這意味著輸入可能非常高——可能是 12V 到 48V——而輸出可能非常低——可能是 0.9V 到 2.5V。如此高的比率意味著上開關(guān)晶體管導(dǎo)通和下開關(guān)晶體管關(guān)斷的時(shí)間是非常短的時(shí)間(相對而言)。如果我們的切換器在高開關(guān)頻率(幾 MHz)下運(yùn)行，我們的上晶體管可能需要在數(shù)十納秒內(nèi)開啟、穩(wěn)定和關(guān)閉。最好確保他們能做到這一點(diǎn)。當(dāng)然，這些零件的成本更高。

如果我們的切換器能夠輸出數(shù)十安培，那么這些輸出晶體管將具有較大的芯片面積和更大的柵極電容。祝他們好運(yùn)，讓他們快速打開和關(guān)閉。所以也許以較低的頻率運(yùn)行會更好。

在較低的開關(guān)頻率下，尤其是低于 1.7MHz 的情況下，尤其是 在汽車應(yīng)用中，我們面臨著對 AM 無線電頻段產(chǎn)生干擾的風(fēng)險(xiǎn)。在較低的開關(guān)頻率下，輸出電感和濾波電容必須更大(在值和物理上)。因此，這意味著使用更多的 PC 板空間并增加組件成本。

在較低的開關(guān)頻率下，穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)不那么好——穩(wěn)壓器需要更長的時(shí)間才能對負(fù)載電流消耗的階躍變化做出反應(yīng)，部分原因是上述較大的濾波器組件。也許你應(yīng)該嘗試更高的頻率。

但不要太高，因?yàn)槿亩吻暗耐瑯訂栴}——晶體管開啟和關(guān)閉的轉(zhuǎn)換時(shí)間——會影響效率。當(dāng)它們打開或關(guān)閉時(shí)(但不是在完全打開或完全關(guān)閉時(shí))，它們的功耗會上升。最好再慢一點(diǎn)。但不要太多，否則電感會變得太大，增加其直流電阻和功耗。

因此，我們可以快速了解評估制造商的聲明并根據(jù)我們的設(shè)計(jì)要求權(quán)衡它們。你是如何處理這些問題的?