线性调节器的输入电流接近于输出电流,它的效率(输出功率除以输入功率)是输出/输入电压比的函数。因此,压差是一个非常重要的性能,因为更低的压差意味着更高的效率。如果输入电压高出输出很多,或者它在很宽的范围内变动,那么就很难获得比较高的转换效率。除此之外LDO调节器还可作为一道屏障来隔离开关调节器产生的噪声(进一步讨论)。在此用途中,LDO调节器的低压差特性有利于改善电路的总体效率。
开关调节器
如果线性或并联型调节器的性能不能满足应用要求,那么设计者就必须转而考虑开关型调节器。然而,伴随着性能的改进也带来一些不足之处,例如更大的尺寸和更高的成本,更敏感于(并产生)电气噪声,以及复杂程度的增加等等。
开关调节器或电源所产生的噪声以传导或辐射的形式出现。传导型噪声表现为电压或电流形式,它们还可进一步分类为共模或差模传播方式。更为复杂的是,连接线上有限的阻抗会将电压传播转换为电流传播,反之亦然,并且差模传播也会产生出共模传播噪声,反之亦然。
一般来讲,你可以降低上述一种或多种传播类型的噪声使电路得到优化。传导型噪声对于固定系统的影响往往比对便携式系统更为严重。因为便携式设备依靠电池工作,它的负载和电源没有传播传导型噪声的外部连接。
为了理解开关调节器中的噪声源,必须首先了解其工作原理。对于各种类型开关调节器的描述超出了本文的涉及范围。不过,基本上各种开关调节器都是利用有源元件(晶体管和二极管)在储能元件(电感和电容)之间往复传送电流,最终实现源端电压/电流到负载端电压/电流的转换。为方便描述,采用MAX1653 DC/DC转换控制器构成典型的同步整流、降压型转换器(图1)。
图1. 图中所示的降压型开关调节器采用外接的开关管(N1)和同步整流器(N2)
正常工作期间,该电路在高端开关(N1)导通时从输入向输出传送电流,而在N1关断、同步整流器(N2)导通时由电感继续传送。粗略假定所有元件都是理想的,可以得到近似一阶的电流和电压波形(图2),这些元件的寄生效应将在后续部分中考虑进来。
图2. 这些工作波形基于图1电路中所有元件具有理想特性的假设后得出