電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）自主控制在工業(yè)與汽車應用中都極為常見，很多自主控制都依賴電流環(huán)路。以工業(yè)應用為例，電流環(huán)路在雙向工作的控制回路中普遍存在，環(huán)路將測量值從傳感器傳送到可編程邏輯控制器PLC，反過來將控制輸出從PLC傳送到過程調(diào)制設備。

在這種系統(tǒng)中，電流環(huán)路的電源通常來說是通過線性穩(wěn)壓器供電。雖然傳統(tǒng)上一直如此，但是線性穩(wěn)壓器也有其缺點，效率相對較低且電流容量有限。一般來說，如果輸入電壓和輸出電壓很接近，那么線性穩(wěn)壓器也能達到很高的效率，但如果不接近，壓降太大，消耗在線性穩(wěn)壓器上的能量會增加不少，這時候就很容易影響效率。一旦效率變低，會帶來各種控制系統(tǒng)功能問題。

降壓型開關穩(wěn)壓器代替線性穩(wěn)壓器

與線性穩(wěn)壓器相比，降壓穩(wěn)壓器在電流容量上更高、輸入范圍上更寬，進而系統(tǒng)效率也會有所提升，因此用降壓穩(wěn)壓器取代許多電流環(huán)路系統(tǒng)中的線性穩(wěn)壓器不失為一種提高性能的方法。

在標準的4 mA至20 mA電流環(huán)路中，電路通常設計為不需要額外的電源，直接從電流環(huán)路中獲取功率。如果不添加額外的功能和特性，那么傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器倒也完全能夠勝任。但是無法提供額外電流能力的線性穩(wěn)壓器在各種功能加入進系統(tǒng)后開始成了限制。高負載能力的降壓開關穩(wěn)壓器則不存在這種限制，而且更高的效率可以降低環(huán)路系統(tǒng)設計熱負擔。

另一方面，在工業(yè)以及汽車級應用中，傳感器端的電壓在瞬變器件可能會到很高，這就是我們上面說到的輸入電壓和輸出電壓不接近的情況。這種情況在工業(yè)以及汽車級應用中并不少見。只有足夠?qū)挼碾妷悍秶慕祲盒烷_關穩(wěn)壓器才能簡化可能發(fā)生大電壓瞬變的汽車和工業(yè)應用的嚴苛設計要求。

低靜態(tài)電流與高效率降壓穩(wěn)壓器閉合電流環(huán)路

在4 mA至20 mA電流環(huán)路應用中，如果使用降壓型開關穩(wěn)壓器來代替LDO，那么低靜態(tài)電流、高效率、寬輸入范圍都必不可少。同時組件必須在－40℃至+125℃的擴展工業(yè)范圍內(nèi)保持高精度、低功耗的可靠運行。

（LT8618 DC電源的電流環(huán)路，ADI）

上圖是以ADI的LT8618系列構(gòu)建的環(huán)路，LT8618系列高速同步單片降壓型開關穩(wěn)壓器在恒定頻率（甚至高達2.2MHz）下，可向輸出高效提供高達100mA的電流。相比于LDO，降壓穩(wěn)壓器可以倍增提供給負載的輸入電流，額外的負載能力大大增加了額外的設計空間和啟，能夠簡化一部分系統(tǒng)設計工作。一般來說，這類器件中所有必要電路都會配備頂部和底部電源開關減少對外部組件的需求，就簡化設計難度來說優(yōu)勢很明顯。

同樣以該系列為例，在高達65V（僅瞬變條件下，連續(xù)工作條件下為60V）的寬輸入電壓范圍里，降壓穩(wěn)壓器在瞬變模式下僅消耗2.5μA的靜態(tài)電流，超低的靜態(tài)電流將輸出紋波也能控制在很好的水平。在瞬變條件下，LDO穩(wěn)壓器效率非常低，降壓穩(wěn)壓器在高降壓比下也十分高效。像LT8618系列這種同步降壓效率能達到90%以上（理想條件下）。

低導通與紋波限制

導通時間的縮短有助于獲得更大的降壓比，低導通時間的降壓穩(wěn)壓器意味著支持從不同電壓等級輸入到低電壓軌的直接降壓轉(zhuǎn)換，從而降低系統(tǒng)復雜性和成本。在高開關頻率下，能夠穩(wěn)定保持低導通時間的器件性能優(yōu)勢更明顯。

（雙路同步降壓，TI）

另一方面，浪涌以及紋波是這類器件在使用時要著重考慮的問題。要抑制紋波，降壓穩(wěn)壓器的輸入電容至關重要。滿足紋波電流和紋波電壓要求的最小輸入電容是最好的選擇。有些還會針對EMI要求進行優(yōu)化，包括由壓擺率控制的自適應柵極驅(qū)動器，擴頻可降低峰值發(fā)射。

小結(jié)

工業(yè)和汽車系統(tǒng)中，高效降壓穩(wěn)壓器替換LDO穩(wěn)壓器，在效率和性能上是沒什么問題的。尺寸上，LDO需要的外接元件很少，一般只需要一到兩個旁路電容即可。如果高效降壓穩(wěn)壓器能做到很緊湊，在尺寸上也能接受。

原文標題：工業(yè)與汽車應用中的降壓開關穩(wěn)壓器與LDO

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