与线性稳压器相比,开关稳压器有一个独有的优势——高转换效率。这是因为开关稳压器中功率管的压降要远低于线性稳压器中功率管的压降。在开关稳压器中,NE5532P功率管的压降通常为lO~lOOmV;而在线性稳压器中,功率管的压降为输入和输出之间的电压差,通常为o.3~2V。转换效率为输出功率Pc,UT和总功率PIN的比值;总功率包括输出功率PREG、和稳压器自身的功率损耗PREG。稳压器本身的功耗越大,转换效率就越差。
开关稳压器的转换效率一般为80%~95%。而线性稳压器自身的静态电流以及稳压前的输入电压(V.N)和稳压后的输出电压(Vc,ut)压差通常使得其转换效率限制在较低水平。
IQ为静态电流,直接流人接地点而不流经负载。在忽略静态电流的条件下,线性稳压器可达到的最大可能功率为输出电压与输入电压之间的比值。例如,一个输入电压为5V、输出电压为2.5V的线性稳压器的最大可毹功耗仅为50%。
输入电压和输出电压之间的电压差越低,则线性稳压器的转换效率越高。例如,对于上述的线性稳压器,如果输入电压为3. 3V,其转换效率为76%,则当输入电压降至2. 8V时,此线性稳压器的转换效率则可以达到89%。这个特性仅在负载电流远大于静态电流时成立,当稳压器全负载工作时,这个假设一般成立。而当负载处于待机或者睡眠状态时,则上述假设不一定成立。因此当输入和输出电压差比较低时,我们更加倾向于使用线性稳压器,因为此时线性稳压器不仅效率高,而且设计简单、成本低、噪声小、速度快。线性稳压器唯一的、也是最明显的缺点就是它的转换效率。如果转换效率不是一个重要的考虑因
素或者对转换效率的要求与开关稳压器相当的话,线性稳压器将是最好的选择。
如果负载电流超过一定程度,我们就需要使用散热孔。然而增加散热孑L的代价是昂贵的,一方面增加了一个额外的器件,另一方面则需要更大的印制电路板(PCB)面积。我们可以在PCB上使用多个线性稳压器来对负载进行分流,从而减小单个稳压器的功率损耗。如果指标允许,也就是说如果负载可以容忍更多噪声,也可以用开关稳压器来代替线性稳压器。上逑两种方法都是避免使用散热孔的常用方法。高温的另外一个副作用是会增大MOS导通电阻,从而增加导通损耗,降低转换效率。总之,如表1.1所示,线性稳压器结构简单、速度快、噪声小,但是它的转换效率相对较低,使得它不适合用于设计低功耗系统和专用电源系统。开关稳压器效率更高,然而它却需要负载能够容忍较高的噪声强度。这也是高性能模拟子系统通常采用线性稳压器供电的原因。
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