线性方案对比开关方案

线性方案对比开关方案(SMPS)及设计考量

　　在电源转换过程中不可避免地会发热，稳压器散热会损失一部分功率，这样输出功率就不可能等于输入功率。传统的线性稳压器在此过程中会耗散大部分能量，已无法满足当前高功率需求类的应用。我们假定采用线性稳压器时需要2.5 W的额定功率，以及5 V输出电压和0.5 A输出电流，那么需提供6 W的输入功率，能效(即输出功率除以输入功率的比值)仅为41%，损失高达59%！而同样情况下，开关电源仅需2.8 W的输入功率，能效高达90%。

　　因此，设计工程师可采用开关电源提高系统能效，但是开关方案也有弊端，由于其复杂的反馈回路，外部元件较线性方案多且需要更多的PCB面积，再加上开关的性质导致其降噪性能差，在设计过程中需从反馈回路设计、外部元件数、PCB面积、瞬态电流及电磁干扰等方面考虑，以减轻其弊端。

　　1. 反馈回路设计

　　为匹配输出阻抗的后稳压器选择合适的负输入电阻以避免振荡，达到稳压输出的目的；

　　有效使用仿真工具以了解频域中的频率补偿；频率补偿可通过选择单极响应控制方案来实现。

　　2. 外部元件数

　　集成的电源开关可减小布线尺寸，功耗比板外电源开关更低，且更易于设计。

　　3. 线路板面积

　　减小电感和电容的尺寸，占板面积得以减小，且开关频率增加，使能效得以提升，同时减弱PCB电磁辐射和电磁干扰。但需注意尽量使导通和开关损耗化，降低噪声。

　　4. 瞬态电流

　　将线性稳压器和开关电源并联，可减小瞬态电流，称为混合开关电源；且可根据线路负载情况，以恒定的开和关条件进行脉冲频率调制。

　　5. 电磁干扰

　　减少回路面积，优化PCB布局，从而减弱电路间的干扰；

　　避免由稳压器和系统环境产生的敏感频段；

　　采用扩频调制技术、决定光谱含量和去耦方案降低排放峰值。

　　在汽车应用中，还需考虑到电源管理模块不断增长的复杂性，要求处理更高电流情况的能力、低转储、双电池转移乃至需要工作电流等等，为系统选择合适的高能效电源方案。