比较开关稳压器的效率和成本与频率

开关稳压器使用输出级，重复切换“开”和“关”状态，与能量存贮部件(电容器和感应器)一起产生输出电压。它的调整是通过根据输出电压的反馈样本来调整切换定时来实现的。

在固定频率的稳压器中，通过调节一个周期内的高低电平的时间占空比来实现对输出电压的控制，假设设定高电平时接通，此时对能量存储元件充电，使电容的电压升高，输出电压就是电容的电压也就增大了，反之同理。 这就是所谓的 PWM 控制。在门控振荡器或脉冲模式稳压器中，开关脉冲的宽度和频率保持恒定，但是，输出开关的“开”或“关”由反馈控制。

根据开关和能量存贮部件的排列，产生的输出电压可以大于或小于输入电压，并且可以用一个稳压器产生多个输出电压。在大多数情况下，在同样的输入电压和输出电压要求下，脉冲(降压)开关稳压器比线性稳压器转换电源的效率更高，但带载能力要比线性的要低。开关电路输出的电流不是直流，它的后面还需要连接整流平滑电流，把脉动电流转换成直流电流。

如何比较一款开关稳压器性能好坏?

我看到很多关于新开关稳压器的新闻稿。展示公司通常会谈论为什么他们的设备比其他人的部分更好。列出的标准很有趣，有时甚至是矛盾的。

以下是一些有趣且引人注目的声明。这些通常是我们所说的开放式比较 ——“更好”——比什么更好?它没有说明。我们可以假设它们的意思是“比其他人的蹩脚部分”。因此，我们有这个：

· 更低的花费;

· 更高的效率;

· 更好的瞬态响应;

· 更高的开关频率;

· 能够在更高的输入电压下运行;

· 外部零件更便宜;

· 更好的监管;

· 能够以更高的投入产出比运行;

· 更少的 EMI/EMC。

让我们考虑其中的一些。“能够在更高的输入电压下运行”意味着它建立在更高的电压工艺之上。这意味着它不会像在大约 5V(最大)输入下运行的设备那样便宜。因此，如果我们看到“成本更低”，我们可以假设我们无法通过中间 12V 总线为设备供电。

“能够以更高的投入产出比运作”呢?这意味着输入可能非常高——可能是 12V 到 48V——而输出可能非常低——可能是 0.9V 到 2.5V。如此高的比率意味着上开关晶体管导通和下开关晶体管关断的时间是非常短的时间(相对而言)。如果我们的切换器在高开关频率(几 MHz)下运行，我们的上晶体管可能需要在数十纳秒内开启、稳定和关闭。最好确保他们能做到这一点。当然，这些零件的成本更高。

如果我们的切换器能够输出数十安培，那么这些输出晶体管将具有较大的芯片面积和更大的栅极电容。祝他们好运，让他们快速打开和关闭。所以也许以较低的频率运行会更好。

在较低的开关频率下，尤其是低于 1.7MHz 的情况下，尤其是 在汽车应用中，我们面临着对 AM 无线电频段产生干扰的风险。在较低的开关频率下，输出电感和滤波电容必须更大(在值和物理上)。因此，这意味着使用更多的 PC 板空间并增加组件成本。

在较低的开关频率下，稳压器的瞬态响应不那么好——稳压器需要更长的时间才能对负载电流消耗的阶跃变化做出反应，部分原因是上述较大的滤波器组件。也许你应该尝试更高的频率。

但不要太高，因为三四段前的同样问题——晶体管开启和关闭的转换时间——会影响效率。当它们打开或关闭时(但不是在完全打开或完全关闭时)，它们的功耗会上升。最好再慢一点。但不要太多，否则电感会变得太大，增加其直流电阻和功耗。

因此，我们可以快速了解评估制造商的声明并根据我们的设计要求权衡它们。你是如何处理这些问题的?