是時候捨棄 LDO、改用小型切換式穩壓器了嗎？

我不得不坦承，儘管切換式穩壓器已獲得很多關注，但我內心對於低壓降穩壓器 (LDO) 還是有種難以割捨的情結。個中的原因包括 LDO 能夠輕鬆高效地完成作業，而不會令人傷透腦筋或是出什麼意外。此外，LDO 是我使用的第一種穩壓器元件，曾在我打造實際電路時立下汗馬功勞。即便是現在，當我需要一個幾 伏特電壓和大約 1 A 電流的電軌時，第一個想到的也是基本的三端 LDO，而不是切換式穩壓器 (又稱為切換器)。

眾所周知，LDO 的效率一般來說比切換器低，但在較低的電流下 (大約 1 A)，兩者的效率差別並不大，對於特定的設計可能無關緊要。但是，如果電流超過幾安培，這個差異通常會很大，LDO 將不是很好的選擇，除非您需要超低雜訊電軌。其實，有些切換器相當不錯，而且雜訊也非常低。此外，雖然有些類型的 LDO 和低歐姆值的「洩放」電阻能進行並聯，使耗用的電流達到均等，但是這種作法可能會讓佈局、覆蓋區、BOM 和量化效能變得非常複雜。

儘管如此，LDO 仍然是工程師物料清單中非常重要的元件。這些元件很容易使用，每當需要在 IC 或子電路附近進行適當穩壓時，許多設計人員都會在印刷電路板上加點這些元件。這不僅能將電源軌的 IR 壓降和拾取的雜訊減至最低，而且還能在電源遠離負載時盡可能減少所出現的其他問題。

但時代在變

然而，我開始懷疑，即便對於那些基本的導入設計，LDO 也可能很快無用武之地。密封式低電流切換式穩壓器，如今在簡約性、尺寸、必要的 (或非必要的) 外部被動元件，以及導入設計的整體簡易性方面，具有和 LDO 旗鼓相當的屬性。若在電路中以「黑箱」角度來對比這些密封式切換器和 LDO，已很難看出 1 A 的 LDO 和幾安培的密封式切換器有什麼差異。

此外，LDO 僅能向下調節 (降壓)，切換器則有降壓、增壓，甚至能在降壓／增壓模式間無縫轉換。這種能力很重要，原因在於許多電路都是採用鋰離子單芯電池來供電，需要藉由降壓／增壓模式，將電池從完全充電狀態調節至稍微放電。

(實用) 範例展示

不妨考慮一下 Analog Devices 的 LTM8074 (LTM8074EY#PBF) 靜音切換器 µModule 穩壓器 (圖 1)。此元件具有寬廣的輸入電壓範圍 (3.2 至 40 V)，以及寬廣的輸出電壓範圍 (0.8 至 12 V)，在 24 V 輸入和 5 V 輸出時可提供 1.2 A 的連續電流，並能在 3.3 V 輸出時達到 1.75 A 的峰值輸出電流。但真正吸引我注意的是其尺寸很小。作為 BGA 元件，其尺寸僅為 4 mm × 4 mm × 1.82 mm (高度)。

圖 1：LTM8074 是簡單易用的切換式穩壓器，無論是模組本身，還是整體電路，覆蓋區都很小。(圖片來源：Analog Devices)

此元件只需要兩個電容 (1 µF 和 10 µF) 和兩個電阻便能運作，可像 LDO 一樣輕鬆加入使用，只不過相比之下功率更大，覆蓋區更小。該封裝內嵌有通常會與切換器關聯在一起的電感，因此從設計人員的角度來看，不算是物料清單的一部分，而且不會佔用額外的空間。此外，此裝置的 EMI 輻射量相當低，比起 LDO 的輻射量毫不遜色 (圖 2)。

圖 2：LTM8074 在其 DC2753A 展示板上的輻射量為 CISPR22 B 類，VOUT 為 3.3 V，負載電流為 1.2 A，且無 EMI 濾波器。(圖片來源：Analog Devices)

Texas Instruments 也提供這種類似於 LDO 的小型切換器模組 LMZ10501 (LMZ10501SILR)。這是一款 1 A 的奈米模組，輸入電壓範圍為 2.7 至 5.5 V，輸出電壓範圍為 0.6 到 3.6 V (圖 3)。

圖 3：Texas Instruments 的 LMZ10501 採用 3.00 mm × 2.60 mm 封裝，內含電感，只需要外接三個陶瓷電容和兩個電阻便能運作。(圖片來源：Texas Instruments)

LMZ20501 只需要三個陶瓷電容和兩個電阻，同時還在其 8 引腳的 microSiP 封裝中內建電感，封裝尺寸僅為 3.00 mm × 2.60 mm (圖 4)。毫無疑問，此元件看起來不像是標準 IC。

圖 4：Texas Instruments 的 LMZ10501 的電感是奈米模組實體設計不可缺少的一部分，不僅能節省空間，還減少了物料清單的項目數量。(圖片來源：Texas Instruments)

這些小型切換器甚至與低電流範圍的 LDO 相比也非常有競爭力，而 LDO 在尺寸和易用性層面擁有長久優勢。例如，Maxim Integrated 的 MAXM15462 是高效率的同步降壓 DC-DC 模組，內建控制器、MOSFET、補償元件和電感，可在寬廣的輸入電壓範圍內運作 (圖 5)。此模組可接受 4.5 至 42 V 輸入，能在 0.9 至 5 V 的可編程式輸出電壓範圍內，提供高達 300 mA 的輸出電流。此模組需要三個電容 (兩個 1 µF 和一個 10 µF) 和兩個電阻，並採用極小的 2.6 mm × 3 mm × 1.5 mm uSLIC™ 封裝。

圖 5：Maxim Integrated 的 MAXM15462 300 mA 輸出切換式穩壓器，在尺寸上甚至能與低電流的 LDO 競爭。(圖片來源：Maxim Integrated)

這些小型切換器相較於可媲美的 LDO，其優點不只是尺寸更小、效率更高。這些切換器還具有很多不錯且有時是必要的功能，例如軟啟動 (能減少輸入湧入電流)、「電源良好」的輸出引腳，以及可編程的欠壓鎖定 (UVLO) 閾值，包含的功能依元件而有所不同。

或許還是該換了？

有時候，人必須放下過去的偏好，才能享有科技帶來的好處。我曾見過一些工程師在新的產品設計中使用二十年前的運算放大器，主要是因為他們熟悉並習慣使用這些元件。雖然就某些方面來說，這是人之常情，但可能讓最終的設計無法發揮更多的效用，或是無法實現更低的成本或更小的尺寸。

每年可能仍會有數不盡的全新導入設計採用 LDO 等電源穩壓器。但是，低功率切換式穩壓器不僅在效能、特性、易用性以及效率層面遠超 LDO，而且封裝也很小。作為專業人士，如果都不考慮一下這些切換器，就一股腦兒地將熟悉的 LDO 放入物料清單，那真是一種失職。

如果您屬於這種情況，請好好思考一下。我也趁這個時候檢查一下我車上的化油器，清潔一下針閥或是調節一下浮筒。