與線性穩(wěn)壓器相比，開關穩(wěn)壓器有一個獨有的優(yōu)勢——高轉換效率。這是因為開關穩(wěn)壓器中功率管的壓降要遠低于線性穩(wěn)壓器中功率管的壓降。在開關穩(wěn)壓器中，NE5532P功率管的壓降通常為lO～lOOmV;而在線性穩(wěn)壓器中，功率管的壓降為輸入和輸出之間的電壓差，通常為o．3～2V。轉換效率為輸出功率Pc，UT和總功率PIN的比值；總功率包括輸出功率PREG、和穩(wěn)壓器自身的功率損耗PREG。穩(wěn)壓器本身的功耗越大，轉換效率就越差。
開關穩(wěn)壓器的轉換效率一般為80%～95%。而線性穩(wěn)壓器自身的靜態(tài)電流以及穩(wěn)壓前的輸入電壓(V．N)和穩(wěn)壓后的輸出電壓(Vc，ut)壓差通常使得其轉換效率限制在較低水平。
IQ為靜態(tài)電流，直接流人接地點而不流經(jīng)負載。在忽略靜態(tài)電流的條件下，線性穩(wěn)壓器可達到的最大可能功率為輸出電壓與輸入電壓之間的比值。例如，一個輸入電壓為5V、輸出電壓為2.5V的線性穩(wěn)壓器的最大可毹功耗僅為50%。
輸入電壓和輸出電壓之間的電壓差越低，則線性穩(wěn)壓器的轉換效率越高。例如，對于上述的線性穩(wěn)壓器，如果輸入電壓為3. 3V，其轉換效率為76%，則當輸入電壓降至2. 8V時，此線性穩(wěn)壓器的轉換效率則可以達到89%。這個特性僅在負載電流遠大于靜態(tài)電流時成立，當穩(wěn)壓器全負載工作時，這個假設一般成立。而當負載處于待機或者睡眠狀態(tài)時，則上述假設不一定成立。因此當輸入和輸出電壓差比較低時，我們更加傾向于使用線性穩(wěn)壓器，因為此時線性穩(wěn)壓器不僅效率高，而且設計簡單、成本低、噪聲小、速度快。線性穩(wěn)壓器唯一的、也是最明顯的缺點就是它的轉換效率。如果轉換效率不是一個重要的考慮因
素或者對轉換效率的要求與開關穩(wěn)壓器相當?shù)脑挘�性穩(wěn)壓器將是最好的選擇。
如果負載電流超過一定程度，我們就需要使用散熱孔。然而增加散熱孑L的代價是昂貴的，一方面增加了一個額外的器件，另一方面則需要更大的印制電路板(PCB)面積。我們可以在PCB上使用多個線性穩(wěn)壓器來對負載進行分流，從而減小單個穩(wěn)壓器的功率損耗。如果指標允許，也就是說如果負載可以容忍更多噪聲，也可以用開關穩(wěn)壓器來代替線性穩(wěn)壓器。上逑兩種方法都是避免使用散熱孔的常用方法。高溫的另外一個副作用是會增大MOS導通電阻，從而增加導通損耗，降低轉換效率。總之，如表1.1所示，線性穩(wěn)壓器結構簡單、速度快、噪聲小，但是它的轉換效率相對較低，使得它不適合用于設計低功耗系統(tǒng)和專用電源系統(tǒng)。開關穩(wěn)壓器效率更高，然而它卻需要負載能夠容忍較高的噪聲強度。這也是高性能模擬子系統(tǒng)通常采用線性穩(wěn)壓器供電的原因。 |
