如何选择合适的滤波器

今天给大家分享的是：稳压器选型、如何选择合适的稳压器。

一、什么是稳压器？

稳压器是一种电路，可以产生并保持固定的输出电压，不管输入电压或负载条件如何变化。 稳压器 (VR) 将电源电压保持在与其他电子元件兼容的范围内。虽然稳压器最常用于 DC/DC 电源转换，但有些也可以执行 AC/AC 或 AC/DC 电源转换。

稳压器通常用于需要微调电压的地方。 例如：在无线电话中，可能会有一个交流适配器。 可以将120VAC 电源转换为 8VAC。 然后在手机底座内部，也会有一个稳压器，可以为底座中的电子设备提供所需的直流电压。

在复杂的机电设备中，不同的原件需要不同的电压，对稳压器的需要就更为明显。 例如：计算机会使用墙上的插头适配器将 120VAC 转换为较低电压。 然后主板、冷却风扇和硬盘驱动器等不同的内部组件需要特定的电压才能运行。 这里就介绍一下怎么选择合适的稳压器。

二、稳压管的类型

稳压器可分为2大类：

降压：输出电压低于输入电压

升压：输出电压大于输入电压

如果你确定了你的输入和输出电压，可以帮助你选择哪一种稳压器。

从另一方面来分，分为2类：

线性：简单、便宜且无噪音，但电源效率可能较低，通常来说线性稳压器只能降低电压。

开关：电源效率高、但复杂、昂贵并且输出噪声更大。

线性稳压器

线性稳压器使用晶体管和反馈控制环路来调节输出电压。 线性稳压器只能产生低于输入电压的输出电压。

线性稳压器比开关稳压器便宜得多且使用起来更简单，通常来说是首选，如果你不想使用线性稳压器的原因应该是功耗太高或者升压电压。

三、稳压管的选择

1、输入电压与输出电压

选择稳压器的第一步是确定你将使用的输入电压和输出电压。线性稳压器需要高于额定输出电压的输入电压。 如果输入电压小于所需的输出电压，则会导致电压不足的情况，从而导致稳压器掉落并提供未稳压的输出。

例如，如果使用具有 2V 压降电压的 5V 稳压器，则输入电压应至少等于 7V以实现稳压输出，输入电压低于 7V 将导致输出电压不稳定。

针对不同的输入和输出电压范围，有不同类型的稳压器。例如，你需要一个用于 Arduino Uno 的 5V 稳压器和一个用于 ESP8266 的 3.3V 稳压器，你甚至可以使用可用于一系列输出应用的可变电压调节器。

2、压差

稳压器的压降可以定义为输入和输出电压之差。 例如，调节器 (7805) 的最小输入电压为 7 V，输出为 5 V，因此 7805 的压差为 2 V。 如果输入电压小于 7 V，则输出 (5 V) 加上压降 (2 V) 会导致不受调节的输出，在应用中是很危险的。

不同的稳压器可能有不同的压降电压； 假设可以找到具有不同压降电压的一系列 5 V 稳压器。 具有极低压差电压的线性稳压器可以非常高效。 因此，如果使用电池作为电源，则可以使用低压差稳压器来提高效率。

3、功耗

虽然线性稳压器便宜且易于使用，但主要缺点是可能浪费大量功率。 这会导致电池过度消耗、过热或产品损坏。 如果你的电池产品以热量的形式浪费掉，那么电池耗尽的速度会很快，如果不是电池产品的电能以热量的形式浪费掉，也会导致设计出现其他问题。 事实上，在某些条件下，线性稳压器会产生大量热量，以至于它基本上会自毁。

使用线性稳压器时，首先要确定稳压器将耗散多少功率。

对于线性稳压器，使用等式：

功率 =（输入电压 – 输出电压）x 电流（等式 1）

可以假设输出电流（也称为负载电流）与线性稳压器的输入电流大致相同。 实际上，输入电流等于输出电流加上线性稳压器执行调节功能所消耗的静态电流。 对于大多数稳压器而言，静态电流与负载电流相比非常小，因此假设输出电流等于输入电流就足够了。

从等式 1 中可以看出，如果稳压器两端存在较大的电压差 (Vin – Vout) 和/或高负载电流，则稳压器将耗散大量功率。例如，如果输入为 12 V，输出为 3.3 V，则电压差计算为 12 V – 3.3 V = 8.7 V。

如果负载电流为 1 A，则意味着稳压器必须耗散 8.7 W 的功率，能量浪费太多了，并且超过了任何线性稳压器能够处理的范围。 另一方面，如果你有一个高压差，但你只运行几毫安的负载电流，那么功率就会很小。

例如，在上述情况下，如果现在仅运行 100 mA 的负载电流，则功耗将降至仅 0.87 W，这对大多数线性稳压器都会更好运行。

选择线性稳压器时，仅仅确保输入电压、输出电压和负载电流满足稳压器的规格是不够的。

例如，假设有一个额定电压高达 15 V 和电流为 1 A 的线性稳压器。 你可能会想：可以在输入端施加 12 V，在输出端施加 3.3 V，并以 1 A 运行，对吧？

但其实这是错误，你必须要确保线性稳压器可以处理那么大的功率，这样做的方法是根据稳压器必须耗散的功率来确定稳压器会发热多少。

因此，首先使用上面的公式 1 计算线性稳压器将耗散多少功率。 其次，查看调节器数据表中“热特性”下的名为“Theta-JA”的参数，该参数以 °C/W（°C 每瓦）为单位报告。 Theta-JA 表示芯片将加热到高于环境空气温度的度数，每瓦特功率它必须耗散。

只需将计算出的功耗乘以 Theta-JA，就可以知道线性稳压器在该功率下会发热多少：

功率 x Theta-JA = 高于环境温度（公式 2）

假设稳压器具有每瓦 50°C 的 Theta-JA 规格，这意味着如果产品正在消耗：

1瓦，加热50°C。

2瓦，加热100°C。

½ 瓦，加热 25°C。

需要指出的是，上面计算的温度表示高于环境空气温度的温差。

假设计算出在功率条件下，稳压器将耗散 2 瓦的功率，你将其乘以 Theta-JA 并确定它会升温 100°C。 这里比较重要的是，不要忘记添加环境空气温度，室温通常为 25°C。 因此，应该将 25°C 添加到 100°C，现在温度高达 125°C。

125°C 是大多数电子元件的额定最高温度，因为不能超过125°C。

在达到约 170°C 至 200°C 之前，通常不会损坏产品。 不过大部分稳压器都具有热关断功能，在50°C 左右触发，因此它们会在造成任何损坏之前立即关闭。 但是，一些稳压器没有热关断功能，因此可能会因为耗散过多的功率而损坏稳压器。

另一件需要考虑的事情是气温可能并不总是 25°C。

假设稳压器在加载时仍会升温 100°C，但现在环境温度为 50°C（例如在炎热的夏日在封闭的汽车内）。 现在你有 50°C 加 100°C，加载时最高可达 150°C。 已超过指定的最高温度，正处于触发热关机的边缘。

运行稳压器使其经常超过 125°C 的规定温度可能不会立即造成损坏，但会缩短组件的使用寿命。

4、效率

效率是输出功率与输入功率之比，它与输出电压与输入电压之比成正比。 因此稳压器的效率直接受压差电压和静态电流的限制，因为压差电压越高，效率越低。

为了获得更高的效率，必须将压降和静态电流降至最低，并且必须将输入和输出之间的电压差降至最低。

5、电压精度

稳压器的精度取决于以下因素：

线路调节

负载调节

参考电压漂移

误差放大器电压漂移

温度系数

典型线性稳压器的输出电压规格可确保稳压电压在标称电压的 5% 以内。 因此，如果使用稳压器为数字 IC 供电，则 5% 的容差不是什么大问题。

6、负载调节

电路在不断变化的负载条件下保持一定输出电压的能力称为负载调节，可以表示为：

负载调整率 = ∆V out/ ∆I out

7、线路调节

电路在变化的输入电压条件下保持一定输出电压的能力称为线路调节。 可以表示为：

负载调整率 = ∆V out / ∆V in

8、噪音

开关稳压器提供比线性稳压器更高的效率，但它们会产生更多噪声。 当稳压器输出高电流时，不必要的电子噪声会干扰其他电路。 如果想让产品进入市场，获得 EMC 认证可能会比较困难，如果你的PCB板上其他电路比较敏感（例如：纯模元件），那么最好选择线性稳压器

选择具有高功率损耗的稳压器损耗会非常大，线性稳压器噪音较小，但效率非常低（LDO 除外），这意味着一些功率会转化为热量。如果稳压器将在高电流下运行，应该在板上安装散热器。如果在电路板上没有足够的空间放置散热器或者担心功耗，那么开关稳压器可能是更好的选择。

9、频率响应

当输出电流快速变化时，输出端会出现一个小尖峰。稳压器需要一些时间才能切换回相同的电压，这称为瞬态响应。瞬态响应通常是输出电容和负载电流的函数。快速瞬态响应确保稳压器可以提供所需的功率。检查组件数据表并查找应该在稳压器输出中包含的推荐旁路电容。

审核编辑：汤梓红