面向汽車應(yīng)用的線性調(diào)整器與開關(guān)調(diào)整器的比較

使用中超過制造商對(duì)器件溫度的限制(節(jié)點(diǎn)溫度通常大約是150℃/302°F)，就可能要么立即損壞調(diào)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(yīng)力導(dǎo)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(guān)調(diào)整器

除了我所描述的、已用過的所有新型線性調(diào)整器，開關(guān)調(diào)整器的用途也呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。開關(guān)調(diào)整器比線性調(diào)整器要貴，因?yàn)橥獠吭?shù)更多。對(duì)它們進(jìn)行診斷也是隱性成本。本質(zhì)上看，開關(guān)調(diào)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(guān)調(diào)整器比LDO的效率更高。如表1所示，開關(guān)調(diào)整器的效率為90%，而LDO的效率為36%。圖10顯示了大塊頭開關(guān)調(diào)整器的典型效率曲線。

線性調(diào)整器的功耗可以簡(jiǎn)單地計(jì)算為(忽略靜態(tài)電流)負(fù)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(diào)整器有9V的電壓差，所以計(jì)算出的效率為35.7%，它與負(fù)載無關(guān)，但是，與輸入電壓有關(guān)，如下一個(gè)例子所描述的那樣。

提高線性調(diào)整器效率的唯一辦法是降低其電壓差。你在線性調(diào)整器旁邊用上一個(gè)開關(guān)調(diào)整器(圖12)就行，這樣，線性調(diào)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(guān)器件可以有效地把輸入電壓調(diào)低到更為可管理的電壓并把該電壓分配來驅(qū)動(dòng)其它線性調(diào)整器。這種安排利用了開關(guān)調(diào)整器的高效率和線性調(diào)整器的低成本。由于線性調(diào)整器不必連接到電池，從而進(jìn)一步節(jié)省了成本，因?yàn)榭梢圆捎酶碗妷旱钠骷?p style="text-align: center">

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

另外一種減少電流消耗的辦法是把開關(guān)調(diào)整器和線性調(diào)整器的功能組合起來。開關(guān)調(diào)整器在驅(qū)動(dòng)其設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的負(fù)載時(shí)最有效率。當(dāng)輸出電壓的負(fù)載不重時(shí)，保持開關(guān)調(diào)整器開關(guān)工作所需要的電流與其說是一個(gè)屬性不如說是一個(gè)負(fù)擔(dān)。在這樣的條件下，線性調(diào)整器的效率更高。

圖14所示的器件能夠在線性調(diào)整器和開關(guān)調(diào)整器兩種工作模式之間切換。該模塊分為兩個(gè)獨(dú)立的工作部分：第一部分(綠色)支持系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)一個(gè)升壓開關(guān)調(diào)整器；第二部分(黃色)支持系統(tǒng)用作線性調(diào)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(fù)載效率最大或EMI要求來選擇改變工作模式。當(dāng)負(fù)載非常輕時(shí)，線性調(diào)整器的效率較高；當(dāng)負(fù)載較重時(shí)，開關(guān)調(diào)整器的效率較高。線性調(diào)整器的EMI性能永遠(yuǎn)優(yōu)于開關(guān)調(diào)整器。

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

為了做到這一點(diǎn)，你需要能夠?yàn)橄到y(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(jí)線圈電感轉(zhuǎn)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(fù)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(gè)高壓電容來維持最高的效率，電容的ESR要低，因?yàn)榇箅娏饕ㄟ^該器件。一些工程師討厭流過電容的大電流。過熱可能會(huì)導(dǎo)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(gè)方案是采用配備雙模轉(zhuǎn)換器的通過區(qū)技術(shù)(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(zhuǎn)換區(qū)，與此同時(shí)，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(dān)當(dāng)降壓開關(guān)調(diào)整器的工作，與此同時(shí)，控制電路保持Q2關(guān)閉。當(dāng)Vbat的輸入電壓急劇下降時(shí)，Q1 100%打開而Q2啟動(dòng)該電路為升壓開關(guān)調(diào)整器。電阻Rpassthrough幫助設(shè)置工作轉(zhuǎn)換，其中有一個(gè)通過區(qū)，經(jīng)調(diào)整的輸出電壓稍微變化以為工作模式的轉(zhuǎn)換提供平滑的轉(zhuǎn)換。

現(xiàn)有汽車系統(tǒng)中可用的電力有限，從工程的觀點(diǎn)看，開關(guān)調(diào)整器的效率比線性調(diào)整器要高很多。開關(guān)調(diào)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(guān)調(diào)整器，還是選擇功能較少的線性調(diào)整器？這取決于消費(fèi)者是否為此買單。