面向汽車應用的線性調整器與開關調整器的比較

使用中超過制造商對器件溫度的限制(節(jié)點溫度通常大約是150℃/302°F)，就可能要么立即損壞調整器，要么因硅、邦定線和塑料封裝的熱膨脹系數(shù)不同而引發(fā)的應力導致器件過早失效。隨著溫度的上升，故障率呈指數(shù)上升。人們正在研究提高這些電子元件的、可接受的工作溫度的辦法。

開關調整器

除了我所描述的、已用過的所有新型線性調整器，開關調整器的用途也呈現(xiàn)增加的趨勢。開關調整器比線性調整器要貴，因為外部元件數(shù)更多。對它們進行診斷也是隱性成本。本質上看，開關調整器所展示的特性，要具備處理電磁干擾問題能力的工程師才能用好。

毫無疑問，開關調整器比LDO的效率更高。如表1所示，開關調整器的效率為90%，而LDO的效率為36%。圖10顯示了大塊頭開關調整器的典型效率曲線。

線性調整器的功耗可以簡單地計算為(忽略靜態(tài)電流)負載電流乘以輸入和輸出之間的電壓差。圖11中的例子顯示了調整器有9V的電壓差，所以計算出的效率為35.7%，它與負載無關，但是，與輸入電壓有關，如下一個例子所描述的那樣。

提高線性調整器效率的唯一辦法是降低其電壓差。你在線性調整器旁邊用上一個開關調整器(圖12)就行，這樣，線性調整器的輸入為6V直流電壓，而上面的例子中輸入是14V直流電壓。開關器件可以有效地把輸入電壓調低到更為可管理的電壓并把該電壓分配來驅動其它線性調整器。這種安排利用了開關調整器的高效率和線性調整器的低成本。由于線性調整器不必連接到電池，從而進一步節(jié)省了成本，因為可以采用更低電壓的器件。

如圖13所示，跟圖11中35.7%的效率相比，整個系統(tǒng)的效率經(jīng)改善達到74.7%。

另外一種減少電流消耗的辦法是把開關調整器和線性調整器的功能組合起來。開關調整器在驅動其設計范圍內的負載時最有效率。當輸出電壓的負載不重時，保持開關調整器開關工作所需要的電流與其說是一個屬性不如說是一個負擔。在這樣的條件下，線性調整器的效率更高。

圖14所示的器件能夠在線性調整器和開關調整器兩種工作模式之間切換。該模塊分為兩個獨立的工作部分：第一部分(綠色)支持系統(tǒng)擔當一個升壓開關調整器；第二部分(黃色)支持系統(tǒng)用作線性調整器。不受溫度影響的電壓參考源由兩部分共享。工程師可以根據(jù)輸出負載效率最大或EMI要求來選擇改變工作模式。當負載非常輕時，線性調整器的效率較高；當負載較重時，開關調整器的效率較高。線性調整器的EMI性能永遠優(yōu)于開關調整器。

開關調整器的其它應用包括啟動汽車。采用現(xiàn)代防盜系統(tǒng)的汽車，在試圖啟動汽車時，要驗證鑰匙是屬于這輛車的。來自引擎的重負載會造成電池電壓的急劇下降，但是不能造成燈光變暗或驗證過程中所涉及的微處理器復位。

為了做到這一點，你需要能夠為系統(tǒng)提供升壓及降壓的器件。其中一種辦法是采用圖15所示的SEPIC(單端初級線圈電感轉換器)。電容C1必須能承受該系統(tǒng)正常的高壓工作限制(就回掃脈沖而言)，并且該高壓負載能夠削去(包括其它瞬變脈沖)通過電感L1的脈沖。這意味著需要一個高壓電容來維持最高的效率，電容的ESR要低，因為大電流要通過該器件。一些工程師討厭流過電容的大電流。過熱可能會導致可靠性問題或電容的老化(開路或短路)。

解決該問題的另一個方案是采用配備雙模轉換器的通過區(qū)技術(pass-through zone technology)，這在降壓和升壓工作模式之間創(chuàng)造了平滑的轉換區(qū)，與此同時，確保所需要的降壓/升壓操作。如圖16所示。

在正常的操作中，晶體管Q1擔當降壓開關調整器的工作，與此同時，控制電路保持Q2關閉。當Vbat的輸入電壓急劇下降時，Q1 100%打開而Q2啟動該電路為升壓開關調整器。電阻Rpassthrough幫助設置工作轉換，其中有一個通過區(qū)，經(jīng)調整的輸出電壓稍微變化以為工作模式的轉換提供平滑的轉換。

現(xiàn)有汽車系統(tǒng)中可用的電力有限，從工程的觀點看，開關調整器的效率比線性調整器要高很多。開關調整器具有最多的集成功能，但是，給系統(tǒng)增加的成本也最多。是現(xiàn)在最多功能的開關調整器，還是選擇功能較少的線性調整器？這取決于消費者是否為此買單。