使用合適的切換式穩壓器，取得更高效率

選擇合適的切換式穩壓器時，最重視的是其效率。 現今的小型裝置需要能提供可靠電源的小巧元件。

電子設計的基本要求是能夠產生穩定的電壓，以供應大量電流。 切換式穩壓器是產生穩定電源電壓，以進行升壓或降壓轉換的必要元件。

切換式穩壓器有許多不同名稱：切換器或開關，切換模式電源供應器 (SMPS) 以及 DC/DC 穩壓器或轉換器。 此元件不僅可滿足更高效率的高功率轉換需求，還具備單一輸入電壓源的穩定輸出靈活性，以及能夠容納不同極性的多輸出電壓，因此持續廣受歡迎。

最常見的切換式轉換器類型包含：

• 升壓，可升高輸入電壓並調節輸出
• 降壓，可降低輸入電壓並調節輸出
• 升降壓，可升高或降低輸入電壓，並具有負極性選項
• 返馳式，升降壓類型之一，可同時提供電流隔離

固定和可調式線性穩壓器

多年來，電源供應器的設計基於線性電壓穩壓器；這些穩壓器經實證，可提供出色的連續固定電壓輸出。 此外，也有輸出電壓可調的線性穩壓器，如 LM317。

常用的固定和線性輸出穩壓器類型為 78xx 正輸出和 79xx 負輸出電壓系列。 這些穩壓器可產生穩定輸出，範圍介於 5 V 到 24 V。

線性穩壓器不是切換式電源供應器。 穩壓器具有簡單和低成本的優勢。 其輸出功率通常低於 10 W，往往有較低的效率，因此會產生熱量，並具有低雜訊和漣波特性。 線性穩壓器僅具有降壓調節功能，SMPS 則可提供升壓、降壓，以及使用降壓、升降壓、升壓組件轉換輸入電壓。

切換模式電源供應器系統

大多數的現代電視、個人電腦、直流馬達驅動器、功率放大器都需要先進且高效率的 SMPS，此元件採用半導體切換技術而非標準線性方式提供輸出電壓。 基本的切換式轉換器由一個功率切換級和一個控制電路組成。

SMPS 具有較低功耗，因此可在內部切換電晶體 (或功率 MOSFET) 的「開 (飽和)」和「關 (斷態)」狀態，提供更高效率。

降壓切換式穩壓器

ROHM Semiconductor 的 BD9x 系列為設計人員提供高效率 DC/DC 降壓轉換器，此緊湊型元件，適用於需要高效率電源轉換的應用，包括汽車和工業設計。 BD9x 系列具有簡化的設計，能減少元件數量，進而節省空間並簡化製造流程。 具有低待機電流，能讓可攜式應用中的電池延長續航力，同時保持穩定的輸出電壓，達到可靠的效能，如 BD9A201FP4-LBZTL 降壓切換式穩壓器 (圖 1)。

圖 1：BD9A201FP4-LBZTL 降壓切換式穩壓器提供穩定的輸出電壓 (圖片來源：ROHM Semiconductor)

BD9E105FP4-ZTL 降壓切換式穩壓器 (圖 2) 具有單一可調式輸出，此直流穩壓器專為低電壓需求所設計。 BD9E105FP4-ZTL 穩壓器具備低導通電阻功率 MOSFET 和單一同步降壓 DC/DC 轉換器，在輕負載條件下提供頂尖效率。 此元件是要求最低待機功耗的裝置和設備之最佳選擇。

具有良好的暫態響應，在 PCB 上佔用小覆蓋區，同時在小型封裝中提供高功率密度，因此非常適合家電產品，如冰箱和空調、電信設備、配接器、二次電源供應器設備。

圖 2：BD9E105FP4-ZTL 降壓切換式穩壓器可以滿足較低電壓的需求 (圖片來源：ROHM Semiconductor)

升壓切換式穩壓器

MP3414AGJ-Z 升壓切換式穩壓器具有可調式輸出，其薄型材質適用於空間受限的表面黏著應用。 可輕鬆地在 -40°C ~+125°C 的溫度範圍內作業，並且可以從低至 1.8 V 的輸入電壓開始運作，亦提供湧入電流和輸出短路保護 (SCP)。

需要具有輸出斷開的升壓轉換器時，必須在同步電流模式下運作，同時保持高效率。 此外，由於具有整合式 P 通道同步整流器，因此無需外接肖特基二極體，即可提升效率。 MP3414A 關機時的輸出斷開功能可在關斷模式下汲取小於 1 μA 的電源電流，同時允許完全放電。

越小越好

採用 MP3414A 可使用更少的外部元件。 切換頻率為 1 MHz，可使用更小的外部元件，且其軟啟動功能有助於達到最低外部零件數。 可處理寬廣電流負載範圍。 此外，整合式功率 MOSFET 支援高於 3 A 的峰值切換電流，其輸出達到 5.5 V。

不僅尺寸小巧，還具有各種寬廣的功率範圍，因此非常適合單芯鋰電池產品等應用，包括雙芯和三芯鹼性、NiMH 或 NiCd 類型。 MP3414A 等升壓轉換器，適用於無線周邊裝置、電玩配件、個人醫療裝置、可攜式媒體播放器等。

此技術正在迅速發展，外型也將持續小型化。 相較於 SOP-J8，採用 TSOT23 封裝的 MP3414AGJ-Z 尺寸小約 72%，可大幅減少覆蓋區 (圖 3)。

圖 3：組件的設計越來越小，因此需要更小的封裝類型，如 TSOT23 (圖片來源：ROHM Semiconductor)

最大化效率，同時降低功耗

對小型化的需求持續，同時還需要滿足可靠性和電源效率。 BD9E202FP4-ZTL 切換式穩壓器在緊湊的設計中提供可調式輸出和可靠的電源 (圖 4)。

圖 4：BD9E202FP4-ZTL 降壓切換式穩壓器，可以在更小、更緊湊的設計中提供可靠的電源 (圖片來源：ROHM Semiconductor)

雖然有些人可能會認為，縮小尺寸就會犧牲負載能力或可靠的電源輸送，但事實並非如此。 BD9E202FP4-ZTL 可以實質提供高轉換效率，同時也有助於降低功耗 (圖 5)。

藉由提供低待機電流，可讓電池供電裝置在閒置時達到最低功耗。 此外，透過恆定導通時間控制，即可在輕負載取得高效率運作。

圖 5：設計人員尋求具有高效率及可靠性的 DC/DC 降壓電源轉換器 (圖片來源：ROHM Semiconductor)

適用於 AC/DC 和 DC/DC 的返馳式轉換器

返馳式轉換器是一種升降壓轉換器，包含一個返馳式變壓器。 可用於 AC/DC 和 DC/DC 轉換，其任何輸出和輸入之間具有電流隔離，並提供電壓比的加乘，以及隔離的額外優勢。

隔離式功率轉換器具有兩種控制機制，即電壓模式控制和電流模式控制。 在大多數情況下，應採用電流模式控制，以確保操作時的穩定性。

DC-DC 升降壓轉換器

升降壓轉換器是指輸出電壓大於或小於輸入電壓的典型 DC-DC 轉換器。 也可能產生負電壓。 類似返馳式變壓器，但不使用變壓器，而是使用單一電感。 詳細而言，升降壓轉換器由兩種不同的拓撲組成，兩種都能產生一系列輸出電壓範圍，從大於輸入到低至零皆可。

DC/DC 供應器有時被稱為「截波器 (chopper)」，其中包括一個升降壓電路，依據工作週期作為升壓或降壓轉換器。

結論

在現今的汽車和工業設計中，切換式穩壓器為其高效率功率轉換的必要元件。 當今的設計更緊湊，對各式高效率元件及其維持一致功率等級的需求前所未見。

切換式穩壓器可能有不同的名稱 (包含 SMPS、DC/DC 切換器、穩壓器或轉換器)，RoHM 為需要高效率功率轉換的各種應用提供豐富的緊湊型選項。