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从图(六)归纳切换式转换器的基本特性: (1)利用开关作功率调节,额外的功率损失小,效率高。 (2)电感器与电容器无法存在于集成电路芯片中,故需要较多的外部组件。 (3)受到电感器与电容器的影响,令回授控制器实时动作仍无法避免系统反应延迟。 (4)开关切换对电路具有较大的高频干扰(EMI),除了输出端电压噪声较大外,回授控制也具有高复杂度。 为突显两种电源转换器的差异,选择了条件类似的两个电源转换芯片作比较,分别是G966线性稳压芯片与G5626切换式转换芯片,应用电路如图(七)与图(八)
(注1:G966 ADJ接脚接地时为默认输出电压1.2v,且能以R2、R3分压电阻调整输出电压。) 效率上的比较 从图(九)能明显看到线性稳压器在高转压比(输入电压与输出电压的差距)的应用非常不理想,5v电源供应1.2v 0.8A负载,其中约有3W消耗在电阻调节器上,除了效率差之外还造成芯片发热,一般线性稳压器为防止芯片过热烧毁会有热保护机制(Thermal Shutdown),这时G966因过热保护而无法提供0.8A以上的负载电流,需要更积极的方式散热,如风扇;反观切换式转换器效率就高出许多,因为开关的损耗远比线性稳压器小得多。 如图(十),降低转压比就有不同的结果,负载电流100mA以下的线性稳压器效率比切换式转换器要高得多,因为G5626采用固定频率的脉波宽度调变(PWM)机制,轻载时的开关损耗会变得可观;为避免轻载时的开关损耗过大,某些控制芯片会加入脉波频率调变(PFM)机制,以提升轻载时的效率。 (注2:5v转4.7v的测试中,线性稳压器与切换式转换器使用相同的回授分压电阻,R2=87kΩ、R3=18kΩ。)
温度上的比较 由热像图来看,线性稳压器的温度都比切换式转换器要高,因此散热问题对线性稳压器而言格外重要,SOP8封装的G966就具有外露焊垫(exposed pad)供散热。由于芯片的外露焊垫通常与地平面(ground plane)相连,热量会经由印刷电路板(PCB)向四周扩散,因此线性稳压器四周的组件容易受温度影响,电路布局时须特别留意热敏感组件。 (注3:热像图内之数字为芯片表面摄氏温度。)
反应速度与输出电压噪声的比较
图(十五)与图(十六)是在5v转2.5v的环境下测得(输出电容器同为22uF),因切换式转换器应用电路上的输出电感器与电容器会降低系统反应速度,故线性稳压器的系统反应会比较快。另外也可约略的看出输出电压的涟波噪声(ripple noise),切换式转换器的噪声比线性稳压器要大。 价格与空间上的比较
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从图(十七)与图(十八)来看,为提供线性稳压器良好的散热,印刷电路板必须规划足够的铜箔面积(若为多层印刷电路板,则为散热所占用的面积将大幅缩小),而切换式转换器虽没有散热考虑,但外部组件数量多,比较占空间。
价格上无疑的切换式转换器比较昂贵,不论是芯片本身或是被动组件的成本都比线性稳压器要高,而较多的外部组件还容易因零件故障导致电路异常,若连测试、维修成本也计算在内,则使用切换式转换器的花费远比线性稳压器昂贵。
结论
将以上比较作整理得到底下结论:
(1)高转压比 > 切换式转换器
(2)低转压比 > 经常性满载 > 切换式转换器
经常性轻载 > 线性稳压器
(3)低输出噪声 > 高转压比 > 经常性满载 > 切换式转换器
经常性轻载 > 线性稳压器
(3)低输出噪声 > 高转压比 > 经常性满载 > 切换式转换器
(4)空间受限 > 高转压比 > 切换式转换器
(3)低输出噪声 > 高转压比 > 经常性满载 > 切换式转换器
(4)空间受限 > 高转压比 > 切换式转换器
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