在24V總線工業(yè)應(yīng)用中線性穩(wěn)壓器與開關(guān)式穩(wěn)壓器對(duì)比分析

分享到：標(biāo)簽：集成MOSFET 線性穩(wěn)壓器 24V總線 德州儀器 開關(guān)式穩(wěn)壓器
　　作者：德州儀器 （TI） 電源管理組產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Rich Nowakowski和應(yīng)用工程師兼技術(shù)員組成員Robert Taylor
　　圖1 集成MOSFET的開關(guān)式（降壓）轉(zhuǎn)換器
　　
　　圖2 集成、寬輸入電壓線性穩(wěn)壓器
　　
　　線性穩(wěn)壓器已存在了許多年。一些設(shè)計(jì)人員仍然把已存在了20多年之久的線性穩(wěn)壓器用于眾多新老項(xiàng)目。另一些設(shè)計(jì)人員則通過離散組件制作出屬于自己的線性穩(wěn)壓器。在進(jìn)行寬范圍電壓轉(zhuǎn)換時(shí)，線性穩(wěn)壓器的簡(jiǎn)單性是一個(gè)難以超越的優(yōu)勢(shì)。但是，如果壓降過大，則24V總線的低電流應(yīng)用（例如：工業(yè)應(yīng)用或者HVAC控制等）可能會(huì)遇到熱問題。幸運(yùn)的是，設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在有許多選擇，可以使用小型、高效、寬輸入電壓開關(guān)式穩(wěn)壓器。
　　本文將對(duì)24V總線、100mA和5V輸出的三種不同解決方案進(jìn)行比較。我們把一個(gè)同步降壓轉(zhuǎn)換器與一個(gè)集成線性穩(wěn)壓器和一個(gè)離散線性穩(wěn)壓器進(jìn)行對(duì)比。通過比較它們的尺寸、效率、散熱性能、瞬態(tài)響應(yīng)、噪聲、復(fù)雜度和成本，幫助廣大設(shè)計(jì)人員選擇最能滿足某個(gè)特殊應(yīng)用要求的解決方案。
　　比較條件
　　大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用都使用24V總線，并要求5V電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載，例如：邏輯和低電流微處理器等。我們選擇100mA的輸出電流，原因是它可適應(yīng)許多邏輯和處理器負(fù)載。但是，功耗水平會(huì)影響我們使用開關(guān)式穩(wěn)壓器還是線性穩(wěn)壓器的決定。圖1、2和3所示電路均建立在相同電路板基礎(chǔ)上，并使用相同額定值的1μF輸入和4.7μF輸出陶瓷電容器。
　　圖1所示設(shè)計(jì)使用一個(gè)具有集成MOSFET的同步降壓轉(zhuǎn)換器，即德州儀器的TPS54061。注意，該電路并不要求使用一個(gè)保護(hù)二極管，但卻包含了1個(gè)電感、5個(gè)電容器和4個(gè)電阻器。該器件還使用了外部補(bǔ)償，并使用與圖2和圖3所示線性電路一樣的輸入和輸出電容器。
　　圖2所示設(shè)計(jì)使用了一個(gè)集成、寬輸入電壓線性穩(wěn)壓器，即德州儀器的LM317，它是一種具有1.5A輸出能力的流行工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓器。該電路使用2個(gè)外部電阻器和2個(gè)外部電容器。輸入和輸出電壓的巨大差異，要求雙decawatt封裝（DDPak）的低熱電阻。
　　圖3顯示的是一個(gè)離散線性穩(wěn)壓器，它使用一個(gè)晶體管和一個(gè)齊納二極管，并有2個(gè)外部電容器和4個(gè)外部電阻器。5.6V下時(shí)，齊納二極管損壞，該電壓被饋給NPN晶體管的基極。由于存在基極-發(fā)射極壓降，輸出被調(diào)節(jié)至~5 V。外部電阻器用于幫助降低NPN晶體管的功耗。