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來源：Digikey 作者：Don Horne 選擇合適的開關穩壓器時，效率是最重要的選擇依據。當今的微型設備應能以較小的尺寸實現可靠的電源。 能夠通過產生穩定的電壓來提供大量電流，是電子器件設計的一項基本要求。開關穩壓器是產生穩定的電源電壓和將電壓升高或降低的必備器件。 開關穩壓器有多種名稱：轉換器或開關、開關模式電源 (SMPS) 以及 DC/DC 穩壓器或轉換器。由于在滿足更高效的高功率轉換要求、能靈活地從單輸入電壓源獲得穩定輸出以及能適應不同極性的多路輸出電壓等方面具有優勢，開關穩壓器的受歡迎程度在持續上升。 最常見的開關轉換器類型如下： 升壓型：將輸入電壓升高，并在調節后輸出 降壓型：將輸入電壓降低，并在調節后輸出 升降壓：將輸入電壓升高或降低，可選擇負極性 反激型：一種同時提供電隔離的升降壓類型 恒壓和可調節線性電壓穩壓器 多年來，電源設計一直依賴線性穩壓器。事實證明，線性穩壓器在提供連續的固定輸出電壓方面表現出色。除此之外，還有其他線性穩壓器（如 LM317）具有調節功能。 常見的恒定和線性輸出電壓穩壓器類型包括 78xx 正輸出系列、79xx 負輸出電壓系列。這類穩壓器可提供 5 V 至 24 V 的穩定輸出。 線性穩壓器不是開關模式電源。穩壓器的優點是結構簡單、成本低。穩壓器的輸出功率通常低于 10 W 且效率往往較低，因此會發熱，但具有低噪音和低紋波特性。線性穩壓器只能進行降壓調節，而 SMPS 則可以利用降壓、升降壓器件對輸入電壓進行電壓升高、降低和負向調節。 開關模式電源系統 大多數現代電視機、個人電腦、直流電機驅動器和功率放大器都需要先進高效的 SMPS 器件。這種器件利用半導體開關技術而不是標準的線性方法來提供輸出電壓。基本的開關轉換器由功率開關級和控制電路組成。 SMPS 的功率耗散較低，通過在飽和“導通”和截止“關斷”狀態之間在內部對晶體管（或功率 MOSFET）進行開關操作，擁有了效率更高的優勢。 降壓開關穩壓器 ROHM Semiconductor 的 BD9x 系列為設計人員提供了高效率 DC/DC 降壓轉換器，是需要高效率電源轉換應用（包括汽車和工業設計）的緊湊型選擇。BD9x 系列采用簡化設計，減少了器件數量，從而節省了空間、減少了制造流程。該系列待機電流小，可延長便攜式應用中的電池壽命，同時保持穩定的輸出電壓，以實現可靠的性能，例如 BD9A201FP4-LBZTL降壓型開關穩壓器（圖 1）。 
圖 1：BD9A201FP4-LBZTL 降壓型開關穩壓器可提供穩定的輸出電壓。(圖片來源：ROHM Semiconductor） BD9E105FP4-ZTL 降壓型開關穩壓器（圖 2）提供單路可調輸出，是一款專為滿足較低電壓需求而設計的直流穩壓器。憑借低導通電阻功率 MOSFET 和單同步降壓 DC/DC 轉換器，BD9E105FP4-ZTL 穩壓器在輕負載條件下可實現最佳能效。這非常適合要求待機功耗最小的設備和裝置。 該器件不僅瞬態響應特性良好，在電路板上的占用面積小，而且封裝小巧、功率密度高，是冰箱和空調等家電產品、電信設備、適配器和二次電源設備的理想之選。
圖 2：BD9E105FP4-ZTL 降壓型開關穩壓器可滿足較低的電壓需求。(圖片來源：ROHM Semiconductor） 升壓開關穩壓器 MP3414AGJ-Z 升壓開關穩壓器提供可調輸出，其外形纖薄，適合空間有限的表面貼裝應用。該器件能在 -40°C ~ +125°C 的溫度范圍內輕松運行，并能從低至 1.8 V 的輸入電壓開始工作，同時提供浪涌電流和輸出短路保護 (SCP)。 當需要具有輸出斷開功能的升壓轉換器時，必須能在保持高效率的同時以同步電流模式運行。此外，由于采用集成 P 溝道同步整流器提升了效率，因此無需外部肖特基二極管。MP3414A 關斷時的輸出斷開功能可實現完全放電，同時在關斷模式下的電流消耗小于 1 μA。 越小越好 使用 MP3414A 可以減少外部元件數量。該器件具有 1 MHz 開關頻率，可使用小體積外部元件，同時其軟啟動功能最大限度地減少了外部元件數量。該器件可處理較大范圍的電流負載。此外，集成功率 MOSFET 支持超過 3 A 的峰值開關電流，且輸出電壓達到 5.5 V。 這種多用途、大功率和小巧的外形非常適合此類單芯鋰電池產品，包括兩芯和三芯堿性、鎳氫或鎳鎘電池。諸如 MP3414A 這樣的升壓轉換器非常有助于無線外設、游戲配件、個人醫療設備和便攜式媒體播放器。 這種技術發展迅速，而且產品外形越來越緊湊。與 SOP-J8 相比，采用 TSOT23 封裝的 MP3414AGJ-Z 體積縮小了約 72%，從而大大減少了所需的板面積（圖 3）。
圖 3：隨著元器件的設計越來越小，封裝（如 TSOT23）小型化就顯得非常必要。(圖片來源：ROHM Semiconductor） 降低功耗的同時，最大限度地提高效率 對小型化的需求是一種持續驅動力；同時，還需要保持可靠性和功率效率。BD9E202FP4-ZTL 降壓型開關穩壓器設計緊湊，提供可調輸出和可靠的功率（圖 4）。
圖 4：BD9E202FP4-ZTL 是一款降壓型開關穩壓器，能以更小巧、更緊湊的設計可靠地輸出功率。(圖片來源：ROHM Semiconductor） 也許有人認為，小型化意味著以犧牲負載能力或可靠的電力輸送為代價，但事實并非如此。 BD9E202FP4-ZTL 不僅實現了高轉換效率，而且還有助于降低功耗要求（圖 5）。 通過提供較低的待機電流，電池供電型設備可將閑置時的功耗降至最低。此外，通過控制恒定導通時間，還可實現高效的輕負載運行。
圖 5：設計人員正在尋找能夠高效、可靠供電的高能效 DC/DC 降壓轉換器。(圖片來源：ROHM Semiconductor） 用于 AC/DC 和 DC/DC 的反激式轉換器 反激式轉換器是一種包含反激式變壓器的升降壓轉換器。既可用于 AC/DC 轉換，也可用于 DC/DC 轉換，且在任何輸出與輸入之間都實現了電隔離。此外，還具有電壓比倍增功能，以及隔離的額外優勢。 隔離式電源轉換器有兩種控制方案：電壓模式控制和電流模式控制。為確保運行時的穩定，大多數情況下電流模式控制應占主導地位。 升降壓型 DC/DC 轉換器 升降壓轉換器是一種典型的 DC/DC 轉換器，其輸出電壓幅值大于或小于輸入電壓。此外，這種轉換器也可以產生負電壓。這種轉換器類似于反激式轉換器，但不使用變壓器，而是使用單個電感器。具體來說，升降壓轉換器由兩種不同的拓撲結構組成，都能產生從大于輸入電壓到小至零的一系列輸出電壓。 DC/DC 電源有時被稱為“斬波器”，包括一個升降壓電路，可根據占空比的不同，用作升壓或降壓轉換器。 結語 當今汽車和工業設計的高效電源轉換離不開開關穩壓器。隨著當今的設計變得越來越緊湊小巧，對能夠保持穩定功率水平的多功能高效器件的需求也空前高漲。 雖然開關穩壓器可能有不同的名稱——SMPS、DC/DC 轉換開關、穩壓器或轉換器，但 ROHM 可為需要高效電源轉換的各種應用提供多種緊湊型產品選擇。 |
