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開關(guān)穩(wěn)壓器

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開關(guān)穩(wěn)壓器

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)整切換定時來實(shí)現(xiàn)的。開關(guān)穩(wěn)壓器＋低噪聲LDO線性穩(wěn)壓器是電源工程師設(shè)計ADC和DAC電源適配器電路較常用的電路結(jié)構(gòu)形式，如圖所示。通常，電源工程師都通過一個低噪聲的線性穩(wěn)壓器來為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC或DAC）供電，而不使用開關(guān)穩(wěn)壓器。這是因?yàn)?，電源工程師?dān)心開關(guān)穩(wěn)壓器的噪聲會進(jìn)入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸出頻譜，從而極大地降低數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的交流性能。

1.從開關(guān)穩(wěn)壓器＋線性穩(wěn)壓器模式到開關(guān)穩(wěn)壓器模式
電源工程師正面臨越來越多的挑戰(zhàn)，他們需要在不降低電源適配器組件（例如：高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器）性能的情況下讓其設(shè)計較大限度地節(jié)能。電源工程師們可能會轉(zhuǎn)而采用許多電池供電的應(yīng)用（例如某種手持終端、軟件無線設(shè)備或便攜式超聲波掃描儀），也可能會縮小電源適配器的外形尺寸，從而需要尋求減少發(fā)熱的諸多方法。
在選擇高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器時，功耗是較為重要的系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)之一。不管是更長電池使用壽命的便攜式設(shè)計，還是散熱能力較低的小型產(chǎn)品，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的功耗都至關(guān)重要。
極大降低系統(tǒng)功耗的一種方法是對高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的電源適配器進(jìn)行優(yōu)化。就高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器而言，可通過一個共用5V電源適配器軌的線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生一個3.3V電源適配器。LDO穩(wěn)壓器1.7V壓降，相當(dāng)于降低35%的功耗。使用一個LDO穩(wěn)壓器通過3.3V總線得到1.8VADC電源適配器時，如ADS4149ADC，線性穩(wěn)壓器功耗增加至約45%。這也就是說，LDO消耗了差不多一半的功率。它表明，一種低效率的電源適配器設(shè)計多消耗一半功率是如此的容易。
開關(guān)穩(wěn)壓器的效率與輸入電源適配器軌沒有一點(diǎn)關(guān)系，因此非常的節(jié)能。一些新一代的開關(guān)穩(wěn)壓器針對噪聲進(jìn)行了優(yōu)化，使得設(shè)計人員可以直接通過一個DC-DC轉(zhuǎn)換器來為高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器供電，只要細(xì)心進(jìn)行設(shè)計，便可以較小化對交流性能所產(chǎn)生的影響，使交流性能沒有明顯的降低。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計和工藝技術(shù)的一些較新進(jìn)展，讓許多新型ADC可以直接由電源適配器來驅(qū)動，從而達(dá)到較大化功效的目的。
如圖所示，電源工程師們習(xí)慣在開關(guān)穩(wěn)壓器和ADC之間使用一些低噪聲、低壓降的線性穩(wěn)壓器，以清除輸出噪聲和開關(guān)頻率諧波。但是，這種干凈的電源適配器設(shè)計的代價是高功耗，因?yàn)榫€性穩(wěn)壓器要求壓降余量來維持正常的運(yùn)行。LDO線性穩(wěn)壓器的較低壓降一般為200～500mV，但在一些系統(tǒng)中其可以高達(dá)1～2V（例如，由一個5V電源適配器產(chǎn)生一個ADC的3.3V電壓軌時）。

就一個要求3.3V電壓軌的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器而言，線性穩(wěn)壓器的300mV壓降增加約10%的功耗。這種效應(yīng)在要求更低電源適配器電壓的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中得到放大，例如，1.8V電壓軌的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，相同300mV壓降增加約17%（300mV/1.8V）的功耗。因此，將該電源適配器通道中的低噪聲LDO線性穩(wěn)壓器除去，則可以產(chǎn)生巨大的節(jié)能效果。去除LDO線性穩(wěn)壓器還可以降低設(shè)計的板級空間、熱量以及成本。

線性可調(diào)型開關(guān)穩(wěn)壓器包含輸出變壓器，輸入和輸出之間必須進(jìn)行隔離，以避免產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

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| 發(fā)布時間：2019.07.05 來源：電源適配器廠家

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