現(xiàn)代開關(guān)型的穩(wěn)壓器技術(shù)，是時候改變了

開關(guān)型穩(wěn)壓器已經(jīng)存在數(shù)十年，產(chǎn)品也在不斷地推陳出新。部分新產(chǎn)品提供了已有產(chǎn)品不具備的功能，但絕大多數(shù)只是作為已有設(shè)計的替代品，整合一些新的功能。

工程師根據(jù)應(yīng)用選擇開關(guān)轉(zhuǎn)換器時，通常使用輸入電壓、輸出電壓、輸出電流作為主要參數(shù)。工程師選擇了針對特定產(chǎn)品的器件后，如果器件滿足新設(shè)計參數(shù)要求，就傾向于在下一設(shè)計中使用相同器件。構(gòu)建第一款設(shè)計時獲得的經(jīng)驗和信任使其方便地反復(fù)使用相同設(shè)計。這正是為什么 10 年，甚至 15 年的老式開關(guān)穩(wěn)壓器仍然非常流行的原因。

雖然集成工藝在發(fā)展，但卻難以看到開關(guān)穩(wěn)壓器領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。下面，我們就從參數(shù)之外的角度討論現(xiàn)代開關(guān)穩(wěn)壓器為什么遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于老式產(chǎn)品，如果您還在使用老式產(chǎn)品，您會意識到是時候改變了。

您能猜到哪個 2A 電源使用了現(xiàn)代開關(guān)技術(shù)嗎？

改進(jìn)原因 1：工藝技術(shù)
用來制造開關(guān)穩(wěn)壓器的工藝對產(chǎn)品能夠達(dá)到的指標(biāo)影響巨大。現(xiàn)代化工藝支持更快的開關(guān)頻率。一般而言，較高的開關(guān)頻率對設(shè)計帶來的好處是較小的外形尺寸。較高的開關(guān)頻率使電感尺寸小許多，并可使用更小的輸出濾波電容。結(jié)合現(xiàn)代開關(guān)穩(wěn)壓器 IC 本身大幅縮小的外形尺寸，使得電源整體尺寸大大減小，可能在縮小 50%同時不會影響輸出質(zhì)量。

開關(guān)穩(wěn)壓器的開關(guān)單元(內(nèi)部開關(guān)產(chǎn)品)本質(zhì)上是場效應(yīng)晶體管(FET)。這些開關(guān)單元在功率方面的優(yōu)勢使得器件具有更高的開關(guān)容限(從輸出電流考慮)，發(fā)熱也小很多。對于功率開關(guān)，開關(guān) FET 的關(guān)鍵參數(shù)是 Rds(on)——漏源電阻。新型集成工藝能夠?qū)崿F(xiàn)毫歐級 Rds(on)——比老式產(chǎn)品降低 10 至 100 倍。低 Rds(on)也使得同步整流成為可能，用高效率 FET 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高損耗整流二極管。對于電源設(shè)計的影響是穩(wěn)壓器能夠提供更高的輸出驅(qū)動，同時工作在低溫狀態(tài)，提高整體方案的可靠性。

工藝技術(shù)的提高也改善了開關(guān)穩(wěn)壓器的靜態(tài)功耗。即使與短短幾年前的設(shè)計相比，現(xiàn)代開關(guān)技術(shù)的靜態(tài)功耗也降低了許多。可大幅節(jié)省功率、降低發(fā)熱——這對手持產(chǎn)品意義重大，當(dāng)然，也有利于其它任何設(shè)計。

改進(jìn)原因 2：集成
基于上述討論，集成工藝的進(jìn)步從本質(zhì)上改善了功耗、輸出功率等技術(shù)指標(biāo)。由于現(xiàn)代集成工藝允許采用更細(xì)的線寬，能夠提供更大的容量，從而將更多的外部電路集成到硅片內(nèi)部。許多新產(chǎn)品內(nèi)置補(bǔ)償電路，省去了許多外部無源元件。使最終設(shè)計具有更小的外形尺寸，而且設(shè)計簡單。

過去，內(nèi)置開關(guān)的穩(wěn)壓器只能提供較低的輸出電流——小于 1A，并且需要外部開關(guān)二極管。工藝技術(shù)的大幅進(jìn)步，允許在單一芯片集成先進(jìn)的 FET 開關(guān)，并且提供更高的輸出功率(1 至 10A)，產(chǎn)品尺寸更小。

改進(jìn)原因 3：架構(gòu)
開關(guān)穩(wěn)壓器架構(gòu)必須考慮驅(qū)動開關(guān)的邏輯算法以及開關(guān)架構(gòu)本身。由于現(xiàn)代工藝在 IC 內(nèi)部提供了更大空間，就有可能采用更多的控制邏輯，同時提供不同的工作模式。利用不同的工作模式，就有可能在不同的工作環(huán)境下提高轉(zhuǎn)換效率?，F(xiàn)代開關(guān)穩(wěn)壓器具有多種工作模式，確保在寬范圍工作條件下保持高效。

開關(guān)穩(wěn)壓器內(nèi)部的開關(guān)架構(gòu)也直接影響工作效率。在中 / 高等負(fù)載條件下，具有同步開關(guān)控制的開關(guān)穩(wěn)壓器效率較高。過去，整合了同步開關(guān)控制的產(chǎn)品非常昂貴，主要采用開關(guān)控制器(即控制外部開關(guān)的產(chǎn)品)。目前，多數(shù)開關(guān)穩(wěn)壓器則集成了同步開關(guān)和功率 MOSFET 開關(guān)，由此提高效率，并獲取低成本設(shè)計。

同步開關(guān)操作及其相關(guān)的開關(guān)損耗，使得基本的同步開關(guān)穩(wěn)壓器在輕載條件下效率較低。先進(jìn)的多?？刂萍軜?gòu)避免了這一問題，在整個負(fù)載范圍內(nèi)保持最佳效率?，F(xiàn)代開關(guān)穩(wěn)壓器提供同步開關(guān)以及多?？刂疲軌蛟谳^寬的輸出負(fù)載范圍內(nèi)保持最高工作效率。

總結(jié)
我們在上文討論了現(xiàn)代化開關(guān)穩(wěn)壓器優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵因素。新產(chǎn)品帶來的利益是驚人的：較小的外形尺寸、設(shè)計更簡單、工作溫度低、效率高，以及較高的集成度，提高最終產(chǎn)品的健壯性和可靠性。

現(xiàn)在，您了解到技術(shù)的進(jìn)步，您需要采取的行動是：把歷經(jīng)磨難、老態(tài)龍鐘的開關(guān)穩(wěn)壓器更換成新型的現(xiàn)代化產(chǎn)品，由此為新設(shè)計及已有設(shè)計增添優(yōu)勢。

您可以即刻評估我們的產(chǎn)品。當(dāng)您為現(xiàn)有設(shè)備尋找替代品時，請評估 Maxim 的現(xiàn)代喜馬拉雅降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)品。我們的喜馬拉雅家族采用了上述討論的所有先進(jìn)技術(shù)。

審核編輯 黃昊宇