【導讀】穩壓器是這樣一種電路：無論輸入電壓或負載條件如何變化，它都能產生並保持固定的輸出電壓。穩壓器（VR）將來自電源的電壓保持在其他電氣組件相容的範圍之內。它最常用於DC / DC電源轉換，但有些也可用於AC / AC或AC / DC電源轉換。本文將重點介紹DC / DC穩壓器。

穩壓器是如何工作的

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穩壓器是這樣一種電路：無論輸入電壓或負載條件如何變化，它都能產生並保持固定的輸出電壓。

穩壓器（VR）將來自電源的電壓保持在其他電氣組件相容的範圍之內。它最常用於DC / DC電源轉換，但有些也可用於AC / AC或AC / DC電源轉換。本文將重點介紹DC / DC穩壓器。

穩壓器類型：線性與開關

穩壓器主要有兩種類型：線性（Linear）穩壓器和開關（Switching）穩wen壓ya器qi。二er者zhe都dou可ke調tiao節jie係xi統tong電dian壓ya
，但dan線xian性xing穩wen壓ya器qi效xiao率lv較jiao低di，而er開kai關guan穩wen壓ya器qi效xiao率lv較jiao高gao。高gao效xiao開kai關guan穩wen壓ya器qi可ke以yi將jiang大da部bu分fen輸shu入ru功gong率lv無wu損sun傳chuan遞di至zhi輸shu出chu。

線性穩壓器

線性穩壓器利用了由高增益運放控製的有源導通器件
，例如BJT或MOSFET。它對內部參考電壓和采樣輸出電壓進行比較

，然後調節導通器件的電阻將誤差降至零，從而保持恒定的輸出電壓。

線性穩壓器屬於降壓變換器，顧名思義
，其輸出電壓始終低於輸入電壓。但它也具有一定的優勢，如易於設計、可靠、經濟，而且噪聲低、輸出電壓紋波低。

線性穩壓器（如MPS的MP2018）僅需要一個輸入電容和一個輸出電容即可工作（見圖1）。其簡單性和可靠性讓它們成為工程師眼裏最直觀、最簡單
，通常也是最經濟的選擇。

圖1: MP2018線性穩壓器

開關穩壓器

開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)的(de)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)通(tong)常(chang)比(bi)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)要(yao)複(fu)雜(za)，而(er)且(qie)它(ta)需(xu)要(yao)選(xuan)擇(ze)外(wai)部(bu)組(zu)件(jian)的(de)值(zhi)
，需(xu)要(yao)調(tiao)整(zheng)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)以(yi)保(bao)持(chi)穩(wen)定(ding)，並(bing)進(jin)行(xing)細(xi)致(zhi)的(de)布(bu)局(ju)設(she)計(ji)。

開關穩壓器可以是降壓變換器
、升壓變換器或兩者的組合
，這使它比線性穩壓器適用性更廣。

開關穩壓器的優勢包括高效、散熱性能更佳，而且可以支持更高電流和更廣泛的VIN / VOUT應用。根據應用需求

，其效率可高達95％以上。與線性穩壓器不同的是，開關電源係統可能需要其他外部組件
，例如電感、電容、FET或反饋電阻。HF920是MPS提供的一款開關穩壓器，它可以實現高可靠性和高效的功率調節（見圖2）。

圖2: HF920開關穩壓器

穩壓器的缺點

線性穩壓器的主要缺點之一是效率低下，因為在某些應用條件下它們會耗散大量功率。其壓降甚至可與電阻兩端的壓降相當。例如
，在5V輸入和3V輸出的情況下，端子之間有2V的壓降，效率被限製為3V / 5V（60％）。這也意味著線性穩壓器最適合具有較低VIN / VOUT壓差的應用。

采用線性穩壓器要充分估計其功耗
，這一點很重要
，因為輸入電壓過高會產生高功耗，從而導致組件過熱並損壞組件。

線性穩壓器的另一個局限是它隻能用於降壓轉換，而開關穩壓器還可以用於升壓和降壓-升壓轉換。

開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)效(xiao)率(lv)高(gao)，但(dan)缺(que)點(dian)是(shi)通(tong)常(chang)不(bu)如(ru)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)經(jing)濟(ji)有(you)效(xiao)。它(ta)尺(chi)寸(cun)較(jiao)大(da)

，更(geng)複(fu)雜(za)
，而(er)且(qie)如(ru)果(guo)不(bu)謹(jin)慎(shen)選(xuan)擇(ze)外(wai)部(bu)組(zu)件(jian)的(de)話(hua)，會(hui)產(chan)生(sheng)較(jiao)大(da)噪(zao)聲(sheng)。 對某些噪聲敏感的應用來說，這會影響電路的運行和性能
，以及EMI性能。

開關穩壓器拓撲：降壓、升壓、線性、LDO和可調

穩壓器具有多種拓撲結構。線性穩壓器通常隻依賴低壓差（LDO）拓撲。而開關穩壓器則有三種常見拓撲：降壓變換器
、升壓變換器和降壓-升壓變換器。每種拓撲具體描述如下：

低壓差（LDO）穩壓器

線性穩壓器的常用拓撲是低壓差（LDO）穩壓器。線性穩壓器通常要求輸入電壓至少比輸出電壓高2V，而LDO穩壓器則用於在輸入和輸出端子之間壓差極低（有時低至100mV）的情況下工作。

降壓（Step-Down）變換器和升壓（Step-Up）變換器

降壓變換器（也稱為buck變換器）需要較高的輸入電壓並產生較低的輸出電壓。相反
，升壓變換器（也稱為boost變換器）采用較低的輸入電壓並產生較高的輸出電壓。

降壓-升壓（Buck-Boost）變換器

降壓-升壓變換器是一種單級變換器，它結合了降壓變換器和升壓變換器的功能，可以在大於或小於輸出電壓的寬輸入電壓範圍內調節輸出。

穩壓器的控製

線性穩壓器的四個基本組件為導通晶體管
、誤差放大器
、參考電壓和電阻反饋網絡。誤差放大器的其中一個輸入由兩個電阻（R1和R2）來設置，用以監測輸出電壓的百分比。另一個輸入是穩定的參考電壓（VREF）。 如果采樣輸出電壓相對於VREF發生變化，則誤差放大器會更改導通晶體管的電阻
，以保持輸出電壓（VOUT）的恒定。

線性穩壓器通常隻需要一個外部輸入電容和一個輸出電容即可工作，因此易於實現。

而開關穩壓器則需要更多的組件來創建電路。其功率級在VIN和he地di之zhi間jian切qie換huan
，以yi創chuang建jian電dian荷he包bao並bing傳chuan遞di到dao輸shu出chu。與yu線xian性xing穩wen壓ya器qi類lei似si
，開kai關guan穩wen壓ya器qi也ye有you一yi個ge運yun算suan放fang大da器qi，對dui來lai自zi反fan饋kui網wang絡luo的de直zhi流liu輸shu出chu電dian壓ya進jin行xing采cai樣yang，並bing將jiang其qi與yu內nei部bu參can考kao電dian壓ya進jin行xing比bi較jiao。然ran後hou，誤wu差cha信xin號hao被bei放fang大da
、補償並濾波。該信號用於調製PWM占空比，以將輸出拉回到穩壓狀態。例如
，如果負載電流迅速增大並導致輸出電壓下降，則控製環路會增加PWM占空比，以向負載提供更多電荷，並使電源軌恢複穩定。

線性穩壓器和開關穩壓器的應用

線性穩壓器通常用於成本敏感、噪聲敏感
、低電流或空間受限的應用
，如耳機、可穿戴設備等消費類電子產品和物聯網（IoT）設備。例如
，線性穩壓器可用於助聽器等應用，因為它們沒有會產生意外噪聲並幹擾設備性能的開關元件。

另外，如果設計師更注重低成本而不太關心功耗，那線性穩壓器也是最佳選擇。

開關穩壓器適用性更廣，它尤其適用於需要高效率和高性能的應用，例如消費類、工業
、企業和汽車應用（請參見圖3）。例如，如果一個應用需要大型降壓解決方案，則開關穩壓器更適合，因為線性穩壓器會產生高功耗，會損壞其他電氣組件。

圖3: MPQ4430-AEC1降壓變換器

穩壓器芯片的基本參數

使用穩壓器時需要考慮的一些基本參數包括輸入電壓
、輸出電壓和輸出電流。這些參數可以確定哪種VR拓撲與用戶芯片兼容。

另外還有一些根據應用不同可能相關的參數，包括靜態電流、開關頻率、熱阻和反饋電壓。

當(dang)應(ying)用(yong)對(dui)輕(qing)載(zai)或(huo)待(dai)機(ji)模(mo)式(shi)下(xia)的(de)效(xiao)率(lv)比(bi)較(jiao)重(zhong)視(shi)時(shi)，靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)就(jiu)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。當(dang)應(ying)用(yong)需(xu)要(yao)緊(jin)湊(cou)型(xing)係(xi)統(tong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)時(shi)，就(jiu)應(ying)考(kao)慮(lv)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)這(zhe)個(ge)參(can)數(shu)，因(yin)為(wei)最(zui)大(da)化(hua)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)可(ke)以(yi)使(shi)方(fang)案(an)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)小(xiao)。

此外，參數熱阻對設備散熱以及整個係統中的散熱至關重要。如果控製器中有一個內置MOSFET，則所有損耗（傳導損耗和動態損耗）都將在封裝內消散，在計算芯片最大工作溫度時必須將其考慮在內。

fankuidianyashilingyigexuyaokaolvdezhongyaocanshu，yinweitaquedinglewenyaqikeyizhichidezuidishuchudianya。erjianzhacankaodianyazeshigongchengshidebiaozhundongzuo，cankaodianyaxianzhilejiaodideshuchudianya，qijingduhuiyingxiangshuchudianyadetiaojiejingdu。

如何選擇合適的穩壓器

要選擇合適的穩壓器
，設計人員必須首先了解關鍵的參數需求

，例如VIN, VOUT, IOUT,係統優先級（如效率
、性能、成本），以及其他關鍵功能，例如電源正常（PG）指示或啟用控製。

一旦確定了這些需求，就可以使用MPS的在線參數搜索表來找到滿足所有需求的最佳器件。參數搜索表是MPS為設計人員提供的一個重要工具，它可以根據不同的應用參數需求，為用戶提供了不同功能和封裝的器件列表。

每個MPS器件還隨附數據手冊，詳細介紹了需要哪些外部組件，以及如何計算組件值才能實現高效、穩定和高性能的設計。數據手冊中的信息可用於計算組件值
，如輸出電容、輸出電感、反饋電阻和其他關鍵係統組件。此外，還可以使用仿真工具（如DC/DC在線設計師或MPSmart軟件）
、參考應用說明，或者在有問題時聯係當地的現場應用工程師。

MPS提供了各種高效緊湊的線性穩壓器和開關穩壓器，包括MP20056, MP28310, MPQ4572-AEC1, 和MPQ2013-AEC1。

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