24V总线工业应用中线性稳压器与开关式稳压器比较

输出电压特性

模拟电路对电压纹波敏感，而数字处理器则对内核电压的精度敏感。应查看电源的电压纹波、电压调节精度以及负载瞬态期间的电压峰值偏差，这一点很重要。线性稳压器本身的纹波较低，可用于消除开关式稳压器的噪声。在最大负载条件下，集成和离散线性稳压器电路的电压纹波均小于10mV。以输出电压百分比表示时，精度应大于0.2%。另一方面，开关式稳压器的电压纹波为75mV，即输出电压的1.5%。开关式稳压器的陶瓷输出电容器的低等效串联电阻特点，使这种电路的纹波较低，但存在开关式稳压器的固有噪声。

比较空载到全负载时开关式稳压器和线性稳压器的输出电压精度表明，开关式稳压器拥有更高的性能。进一步查看产品规格表，我们可知道，开关式稳压器的基准电压是三种电路中精度最高的。开关式稳压器是一种相对较新的集成电路，并且DC/DC转换器正朝着更高的基准电压精度发展。离散线性电路使用一种更加简单的方法来调节输出电压，其性能最低。在许多情况下，由于调节后输出电压为5V，许多应用不需要高电压精度。

图7到图9显示了负载瞬态曲线图。尽管开关式稳压器拥有高输出电压精度，但其在负载瞬态期间测得的峰值到峰值电压并没有线性电路好。50mA到100mA负载步进期间，开关式稳压器的测得峰值到峰值电压为250mV，即输出电压的5%，而线性电路则为40mV。我们可以为开关式稳压器添加更多输出电容，以降低电压峰值，但是代价是成本和尺寸的增加。注意，离散线性电路的设计目的并非是恢复负载瞬态期间的输出电压。另外，简单电路无法实现限流或者热关断保护功能！


图7 负载瞬态期间的开关式稳压器


图8 负载瞬态期间的集成线性稳压器


图9 负载瞬态期间的离散线性稳压器

表4总结了三种稳压器设计的输出电压特性。

表4 输出电压特性总结表


成本比较

这些电路中使用的大多数外部组件均为小型、无源电阻器和电容器，成本不超过0.01美元。三个电路中成本最高的组件是硅。所有三个材料清单（BOM）的费用（如表5所示），均收集自10000颗批发建议销售定价的美国销售渠道。正如我们所看到的那样，线性稳压器解决方案的成本远低于开关式稳压器。不幸的是，开关式稳压器要求使用一个外部电感，其费用约为0.10美元，但它所带来的效率提高和尺寸缩减值得我们为此多给钱。集成和离散线性稳压器的成本差异仅为0.06美元！单是保护功能就能证明集成线性稳压器相比离散线性稳压器的优势所在。

表5 BOM成本总结表


结论

有许多电源管理解决方案可供设计人员选择，但需根据具体应用需求来选择最佳的解决方案。那些能够降低能耗和节省板空间的电源管理解决方案，使设计人员让其产品具备更加差异化的特性，并在市场上表现出对用户的吸引力。相比线性电路，同步降压转换器的效率更高，板空间更节省。如果某个设计必须实现最低的成本，则可使用离散线性电路，但其性能最低，并且还存在许多潜在问题，例如：散热和缺少保护功能等。

表6总结了所有三种稳压器设计的特性，帮助设计人员为某种具体应用选择最佳解决方案。

表6 24V输入5V/100mA稳压器特性


参考文献

1、《3端可调节稳压器》，LM317产品说明书，网址：www.ti.com/slvs044-aaj
2、《低IQ的60V、200mA同步降压DC-DC转换器》，TPS54061产品说明书，网址：www.ti.com/slvsbb7-aaj
相关网站
电源管理：
www.ti.com/power-aaj
www.ti.com/lm317-aaj
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