技术教程：面向汽车应用的线性调整器与开关调整器的比较

使用中超过制造商对器件温度的限制(节点温度通常大约是150℃/302°F)，就可能要么立即损坏调整器，要么因硅、邦定线和塑料封装的热膨胀系数不同而引发的应力导致器件过早失效。随着温度的上升，故障率呈指数上升。人们正在研究提高这些电子元件的、可接受的工作温度的办法。

开关调整器

除了我所描述的、已用过的所有新型线性调整器，开关调整器的用途也呈现增加的趋势。开关调整器比线性调整器要贵，因为外部元件数更多。对它们进行诊断也是隐性成本。本质上看，开关调整器所展示的特性，要具备处理电磁干扰问题能力的工程师才能用好。

毫无疑问，开关调整器比LDO的效率更高。如表1所示，开关调整器的效率为90%，而LDO的效率为36%。图10显示了大块头开关调整器的典型效率曲线。

线性调整器的功耗可以简单地计算为(忽略静态电流)负载电流乘以输入和输出之间的电压差。图11中的例子显示了调整器有9V的电压差，所以计算出的效率为35.7%，它与负载无关，但是，与输入电压有关，如下一个例子所描述的那样。

提高线性调整器效率的唯一办法是降低其电压差。你在线性调整器旁边用上一个开关调整器(图12)就行，这样，线性调整器的输入为6V直流电压，而上面的例子中输入是14V直流电压。开关器件可以有效地把输入电压调低到更为可管理的电压并把该电压分配来驱动其它线性调整器。这种安排利用了开关调整器的高效率和线性调整器的低成本。由于线性调整器不必连接到电池，从而进一步节省了成本，因为可以采用更低电压的器件。

如图13所示，跟图11中35.7%的效率相比，整个系统的效率经改善达到74.7%。

另外一种减少电流消耗的办法是把开关调整器和线性调整器的功能组合起来。开关调整器在驱动其设计范围内的负载时最有效率。当输出电压的负载不重时，保持开关调整器开关工作所需要的电流与其说是一个属性不如说是一个负担。在这样的条件下，线性调整器的效率更高。

图14所示的器件能够在线性调整器和开关调整器两种工作模式之间切换。该模块分为两个独立的工作部分：第一部分(绿色)支持系统担当一个升压开关调整器；第二部分(黄色)支持系统用作线性调整器。不受温度影响的电压参考源由两部分共享。工程师可以根据输出负载效率最大或EMI要求来选择改变工作模式。当负载非常轻时，线性调整器的效率较高；当负载较重时，开关调整器的效率较高。线性调整器的EMI性能永远优于开关调整器。

开关调整器的其它应用包括启动汽车。采用现代防盗系统的汽车，在试图启动汽车时，要验证钥匙是属于这辆车的。来自引擎的重负载会造成电池电压的急剧下降，但是不能造成灯光变暗或验证过程中所涉及的微处理器复位。

为了做到这一点，你需要能够为系统提供升压及降压的器件。其中一种办法是采用图15所示的SEPIC(单端初级线圈电感转换器)。电容C1必须能承受该系统正常的高压工作限制(就回扫脉冲而言)，并且该高压负载能够削去(包括其它瞬变脉冲)通过电感L1的脉冲。这意味着需要一个高压电容来维持最高的效率，电容的ESR要低，因为大电流要通过该器件。一些工程师讨厌流过电容的大电流。过热可能会导致可靠性问题或电容的老化(开路或短路)。

解决该问题的另一个方案是采用配备双模转换器的通过区技术(pass-through zone technology)，这在降压和升压工作模式之间创造了平滑的转换区，与此同时，确保所需要的降压/升压操作。如图16所示。

在正常的操作中，晶体管Q1担当降压开关调整器的工作，与此同时，控制电路保持Q2关闭。当Vbat的输入电压急剧下降时，Q1 100%打开而Q2启动该电路为升压开关调整器。电阻Rpassthrough帮助设置工作转换，其中有一个通过区，经调整的输出电压稍微变化以为工作模式的转换提供平滑的转换。

现有汽车系统中可用的电力有限，从工程的观点看，开关调整器的效率比线性调整器要高很多。开关调整器具有最多的集成功能，但是，给系统增加的成本也最多。是现在最多功能的开关调整器，还是选择功能较少的线性调整器？这取决于消费者是否为此买单。