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在24V总线工业应用中线性稳压器与开关式稳压器对比分析
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2017-11-16
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分享到：标签：集成MOSFET 线性稳压器 24V总线 德州仪器 开关式稳压器
作者：德州仪器 （TI） 电源管理组产品营销经理Rich Nowakowski和应用工程师兼技术员组成员Robert Taylor
图1 集成MOSFET的开关式（降压）转换器
图2 集成、宽输入电压线性稳压器
线性稳压器已存在了许多年。一些设计人员仍然把已存在了20多年之久的线性稳压器用于众多新老项目。另一些设计人员则通过离散组件制作出属于自己的线性稳压器。在进行宽范围电压转换时，线性稳压器的简单性是一个难以超越的优势。但是，如果压降过大，则24V总线的低电流应用（例如：工业应用或者HVAC控制等）可能会遇到热问题。幸运的是，设计人员现在有许多选择，可以使用小型、高效、宽输入电压开关式稳压器。
本文将对24V总线、100mA和5V输出的三种不同解决方案进行比较。我们把一个同步降压转换器与一个集成线性稳压器和一个离散线性稳压器进行对比。通过比较它们的尺寸、效率、散热性能、瞬态响应、噪声、复杂度和成本，帮助广大设计人员选择最能满足某个特殊应用要求的解决方案。
比较条件
大多数工业应用都使用24V总线，并要求5V电压来驱动各种负载，例如：逻辑和低电流微处理器等。我们选择100mA的输出电流，原因是它可适应许多逻辑和处理器负载。但是，功耗水平会影响我们使用开关式稳压器还是线性稳压器的决定。图1、2和3所示电路均建立在相同电路板基础上，并使用相同额定值的1µF输入和4.7µF输出陶瓷电容器。
图1所示设计使用一个具有集成MOSFET的同步降压转换器，即德州仪器的TPS54061。注意，该电路并不要求使用一个保护二极管，但却包含了1个电感、5个电容器和4个电阻器。该器件还使用了外部补偿，并使用与图2和图3所示线性电路一样的输入和输出电容器。
图2所示设计使用了一个集成、宽输入电压线性稳压器，即德州仪器的LM317，它是一种具有1.5A输出能力的流行工业标准稳压器。该电路使用2个外部电阻器和2个外部电容器。输入和输出电压的巨大差异，要求双decawatt封装（DDPak）的低热电阻。
图3显示的是一个离散线性稳压器，它使用一个晶体管和一个齐纳二极管，并有2个外部电容器和4个外部电阻器。5.6V下时，齐纳二极管损坏，该电压被馈给NPN晶体管的基极。由于存在基极-发射极压降，输出被调节至~5 V。外部电阻器用于帮助降低NPN晶体管的功耗。
作者：德州仪器 （TI） 电源管理组产品营销经理Rich Nowakowski和应用工程师兼技术员组成员Robert Taylor
图1 集成MOSFET的开关式（降压）转换器
图2 集成、宽输入电压线性稳压器
线性稳压器已存在了许多年。一些设计人员仍然把已存在了20多年之久的线性稳压器用于众多新老项目。另一些设计人员则通过离散组件制作出属于自己的线性稳压器。在进行宽范围电压转换时，线性稳压器的简单性是一个难以超越的优势。但是，如果压降过大，则24V总线的低电流应用（例如：工业应用或者HVAC控制等）可能会遇到热问题。幸运的是，设计人员现在有许多选择，可以使用小型、高效、宽输入电压开关式稳压器。
本文将对24V总线、100mA和5V输出的三种不同解决方案进行比较。我们把一个同步降压转换器与一个集成线性稳压器和一个离散线性稳压器进行对比。通过比较它们的尺寸、效率、散热性能、瞬态响应、噪声、复杂度和成本，帮助广大设计人员选择最能满足某个特殊应用要求的解决方案。
比较条件
大多数工业应用都使用24V总线，并要求5V电压来驱动各种负载，例如：逻辑和低电流微处理器等。我们选择100mA的输出电流，原因是它可适应许多逻辑和处理器负载。但是，功耗水平会影响我们使用开关式稳压器还是线性稳压器的决定。图1、2和3所示电路均建立在相同电路板基础上，并使用相同额定值的1µF输入和4.7µF输出陶瓷电容器。
图1所示设计使用一个具有集成MOSFET的同步降压转换器，即德州仪器的TPS54061。注意，该电路并不要求使用一个保护二极管，但却包含了1个电感、5个电容器和4个电阻器。该器件还使用了外部补偿，并使用与图2和图3所示线性电路一样的输入和输出电容器。
图2所示设计使用了一个集成、宽输入电压线性稳压器，即德州仪器的LM317，它是一种具有1.5A输出能力的流行工业标准稳压器。该电路使用2个外部电阻器和2个外部电容器。输入和输出电压的巨大差异，要求双decawatt封装（DDPak）的低热电阻。
图3显示的是一个离散线性稳压器，它使用一个晶体管和一个齐纳二极管，并有2个外部电容器和4个外部电阻器。5.6V下时，齐纳二极管损坏，该电压被馈给NPN晶体管的基极。由于存在基极-发射极压降，输出被调节至~5 V。外部电阻器用于帮助降低NPN晶体管的功耗。
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