在24V總線工業(yè)應用中線性穩(wěn)壓器與開關式穩(wěn)壓器對比分析

分享到：標簽：集成MOSFET 線性穩(wěn)壓器 24V總線 德州儀器 開關式穩(wěn)壓器
　　作者：德州儀器 （TI） 電源管理組產(chǎn)品營銷經(jīng)理Rich Nowakowski和應用工程師兼技術員組成員Robert Taylor
　　圖1 集成MOSFET的開關式（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。一些設計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目。另一些設計人員則通過離散組件制作出屬于自己的線性穩(wěn)壓器。在進行寬范圍電壓轉(zhuǎn)換時，線性穩(wěn)壓器的簡單性是一個難以超越的優(yōu)勢。但是，如果壓降過大，則24V總線的低電流應用（例如：工業(yè)應用或者HVAC控制等）可能會遇到熱問題。幸運的是，設計人員現(xiàn)在有許多選擇，可以使用小型、高效、寬輸入電壓開關式穩(wěn)壓器。
　　本文將對24V總線、100mA和5V輸出的三種不同解決方案進行比較。我們把一個同步降壓轉(zhuǎn)換器與一個集成線性穩(wěn)壓器和一個離散線性穩(wěn)壓器進行對比。通過比較它們的尺寸、效率、散熱性能、瞬態(tài)響應、噪聲、復雜度和成本，幫助廣大設計人員選擇最能滿足某個特殊應用要求的解決方案。
　　比較條件
　　大多數(shù)工業(yè)應用都使用24V總線，并要求5V電壓來驅(qū)動各種負載，例如：邏輯和低電流微處理器等。我們選擇100mA的輸出電流，原因是它可適應許多邏輯和處理器負載。但是，功耗水平會影響我們使用開關式穩(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所示設計使用一個具有集成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保護二極管，但卻包含了1個電感、5個電容器和4個電阻器。該器件還使用了外部補償，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所示設計使用了一個集成、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)標準穩(wěn)壓器。該電路使用2個外部電阻器和2個外部電容器。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顯示的是一個離散線性穩(wěn)壓器，它使用一個晶體管和一個齊納二極管，并有2個外部電容器和4個外部電阻器。5.6V下時，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。