电子产品离不开电源,电源部分主要的功能就是将外界供给的低压直流电(DC)通过电源管理器件(PMIC)得到各个器件所需要的电压(DC),并满足电流和纹波以及启动顺序等的要求,取决于器件的具体要求,需要多个可能是不同方式的 DC-DC 的电路。主要的稳压方式有两种:
 
线性稳压 - 由工作在线性状态的三极管构成可变电阻对负载进行恒流控制,得到稳定的电压输出,这种方式结构简单、噪声抑制度很高(达到 60dB 也就是 1000 倍以上),但一般效率比较低,要满足输入电压高于输出电压一定的压差才能够稳压,只能做降压变换。常规的线性稳压器的压差高达 2.5V,因此效率比较低,LDO 线性稳压器可以做到较低的压差,比如在负载高达 1A 的情况下压差可以降低到 350mA,当然其效率取决于具体使用的输入和输出电压的情况。  
 
开关稳压 - 由工作在开关模式的三极管和储能的电感以及平滑纹波的电容构成,以 PWM 或 PFM 的方式得到稳定的输出电压。开关方式的好处是能够降压、升压、反压,输入电压的范围可以很宽,效率可以做到很高(有的能达到 95%以上),缺点是外围电路比较复杂,外围元器件的选型比较敏感,另外高频的开关信号会在电压输出上带来较大的干扰、纹波。
 
虽然电源技术已经日新月异,各种高效率、高集成度、高性能的器件不断推出,但根据全球最大的元器件搜索引擎 Findchips(中文版为 www.bom2buy.com)2017 年的搜索记录统计,排在前 10 的稳压器件仍然是比较经典的一些老器件,毕竟这些器件能够满足多数的应用场景,并且具有很高的性价比。今天我们就来看看这些器件都是哪些?
 
为了一目了然这些器件的主要特性,我们将这些器件的关键信息放在表格中,比如:
 
型号 - 由于是经典器件,不同的原厂都做功能、管脚一致的器件,编号也一样,只是前缀不同,型号后面的后缀主要标记封装,在此不细致列出;
 
厂商 - 生产这些器件的原厂,由于过去十年经历了很多的整合,有些器件的归属已经发生了变化,同一个原厂可能有同一功能、同一编号的不同型号,比如 TI 曾经收购了 Burbrown 和 National Semi,再加上原来的 TI 曾经有的产品线,可能同一个编号有 2、3 个不同的型号,但功能和管脚都是一致的;
 
模式 - 也就是转换的方式,比如线性稳压、LDO、开关稳压等等;
 
最低压差 - 对线性稳压和 LDO 来讲指要满足稳压的条件必须保证输入端高出输出端的电压的差值,对于开关稳压器件这个指标不存在;
 
工作频率 - 指开关稳压器的内部震荡频率,用于产生 PWM 或 PFM 信号,对于线性稳压或线性稳压 /LDO 来讲不存在工作频率这个概念;
 
输入电压 - 器件能够支持的输入端的电压的范围;
 
输出电压 - 也就是能够稳压输出的电压,有的器件是固定输出电压,这样的电路简单;有的器件可以通过输出端接的反馈电阻控制输出电压的大小,也就是输出电压可调,在表格中列出了可以调节的输出电压的范围;
 
负载电流 - 指该器件在输出电压稳压的情况下,能够提供给负载的最大电流;
 
封装 - 同一型号的器件有不同的封装,线性稳压器件的封装的不同也影响了器件的输出电流的不同,毕竟该封装要将损耗的能量以“热”的方式散发出去,否则会影响器件的性能乃至寿命;
 
应用领域 - 不同的器件应用的场景是不同的,在此初略地列出来每种器件的相对比较适用的应用场景;
 
价格 - 这只是一个初略的对比,是基于现货供应商网站(在此采用贸泽 www.mouser.cn 官网上的信息)提供的 1000 颗的价格。这个价格仅做相对的参考,采购量大的时候价格变化可能会非常大。
 
 
78xx - 最经典的线性稳压器件,结构非常简单,只需在输入端和输出端各搭配一个电容就可以工作,也被称为三端稳压器。相信很多工程师在高校学习模拟电路课程的时候就开始了解这个器件了。很多原厂都做这个器件,功能和管脚都兼容,你可以看到 MC78xx、LM78xx 等等。xx 表示了稳压输出的电压值,比如 LM7805 即为稳压输出为 5V 的稳压器,MC7824 为稳压输出为 24V 的稳压器。
78xx 系列的器件输出电流也有不同,比如 LM7805 的输出电流为最大 1A,LM78M05 的输出电流最大为 500mA,而 LM78L05 的输出电流最大为 100mA,它们的封装也不同,只有 100mA 的 78L05 的封装可以小得像三极管一样。78xx 系列的器件要求输入电压和输出电压之间的压差为 2.5V 以上。其转换效率为 Vout/Vin,比如输入 12V 的电压,得到 5v 的稳压输出,其效率为 5/12 = 41.6%,如果负载电流达到 1A 的情况下,7805 器件上的热损耗高达(12-5)*1 = 7W,这就是为什么很多 78xx 系列的器件上必须加上散热片的缘故;
 
79xx - 可以看成是 78xx 的夫妻档,经常配对使用。78xx 得到的是对地正电压,79xx 得到的是对地负电压,除此之外跟 78xx 一样;
LM317/LM117 - 上面的 78xx 和 79xx 的器件输出电压是固定的,不可调整,LM317 则是输出电压可以调节的线性稳压器,也有不同的封装支持不同的电流输出,最大输出电路可以高达 1.5A;也要求 2.5v 以上的压差才能正常稳压工作,也具备 78xx 一样的优点和缺点;
 
1117 系列 - 非常经典的 LDO 线性稳压器,相比于 78xx 和 LM317 系列的器件,它要求的输入电压和输出电压的差值为 1.2V,因此可以广泛用在电池供电的便携式系统里面,比如通过 4 节 1.25V 的电池(满电量的时候达到 5V),电量不足到 4.5V 电压的时候依然能够通过 1117-3.3 得到 3.3V 的稳压输出供板子上的 3.3V 电路工作。很多厂商都有 1117 的版本,比如 TLV1117、LT1117、AMS1117、LM1117 等,其输出电压也有多种固定值的版本以及输出可调的版本。可以说是 78xx 和 LM317 的最佳替代,当然 1117 的输出电流只有最高 800mA,很多小封装的版本也不适合在大电流的情况下很大的压差工作;
 
LP5907 - 上面讲的 1117 压差还要 1.2V,依然很高,来自 TI 的 LP5907 的压差则可以做到典型值 120mV,甚至负载电流更小的时候能够在 50mV 的压差下得到稳压输出。就这个电路本身而言,可以获得比较高的效率,比如从开关稳压器产生的 3.3V 电压上得到 3.0V 的低纹波电压,能够完美满足 3V 供电的射频电路或模拟电路的需求,而效率可以高达 90%;它的最大输出电流为 250mA,能够满足很多便携式产品模拟或射频部分的供电需求;
 
TPS51200 - 也是来自于 TI 的 LDO,专用于各种 DDR 存储器的供电系统中,由于几乎所有的高速运行的嵌入式系统都会用到 DDR 存储器,因此该器件被广泛采用也就不稀奇了。通过外部的分压电阻实现不同输出电压的控制给该器件的使用带来了高度的灵活性,它的输出电流高达 3A,因此满足高速存储器对电流的要求。
 
以上是基于线性稳压变换的几个经典器件,不同的压差,不同的电流,满足不同领域的应用,用户根据需求进行合理的选择。线性稳压的主要优点是低噪声,因此广泛被用于模拟电路、射频电路的供电中,其缺点则是只能做降压使用,如果产生比输入电压高的输出活着反压,线性稳压器就无能为力了。这就是开关稳压器的天下了,我们再来看 4 款经典的开关稳压芯片:
 
MC34063A - 这是一款我亲自见证的开关稳压的经典了,1997 年我在做机顶盒项目的时候就用这个器件(当时还属于 Motorola)做升压电路,给电视调谐器供电。当年的选择很少,因此这个器件是比较合适的了,印象中这个器件的效率比较低(现在看来开关频率只有 100KHz),对外围器件的要求还是蛮高的(由于开关频率较低,要得到较大的电流输出,所需要的电感的个头就要比较大),我们的工程师调试起来还是费了不少劲的。从指标上看这个器件的灵活度很高,可以降压、升压、反压,并且非常非常的便宜,不少做模拟器件的厂商都有以这个型号命名的版本,也可见其经典;
 
LM2576 - 看起来很简单,外围电路看起来像线性稳压器,但用开关变换的方式,因此可以在较宽的输入电压范围内获得较高的效率,可以用在不太 care 电源纹波(比如数字器件的供电)的场合替代掉 78xx、317 以及 1117 等,大名鼎鼎的 TI(收购过 BB 和 NS)和 Motorola 血统的 On Semi 都有这个番号的版本,可见其受欢迎程度也是很高的;
 
LMZ21701 - 这也是 TI 的一款号称可以替代 LDO 的开关器件,工作频率高达 2.5MHz,因此此部分的电路可以做的非常的小,在能够供电 1A 的情况下可以输出常用的 1.2V、1.8V、2.5V、3.3V 以及 5V,并且有可调输出的版本,是不是看起来跟 1117 很像?当然它比 1117 效率高,但价格也贵;
 
LTM4644 - 一眼看上去就是“贵”价格高出其它器件一个数量级,为什么还那么 Popular?主要是因为集成度比较高吧,能够提供 4 路输出并且拥有娇小的身姿,可以说是现在高速的处理器、FPGA 最佳的供电选择,不要被 1000 颗 200 多元的价格吓到,如果你是个大客户,真的在做量比较大的产品,这个价格的弹性会非常大,关键的是其相当高的集成度以及内部的时序控制、保护电路等都是你用很多器件堆不出来的。
 
以上对这些器件做了个简单的介绍,希望对大家的选型有所帮助,具体的使用还是要看自己的产品需求,根据多个维度进行综合考虑,选择满足功能、性能的前提下实现最高的性价比。
 
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