Эффективность линейных регуляторов постоянного тока относительно низкая, в основном потому, что элемент регулировки работает в линейной области и генерирует большие потери мощности. Однако существуют некоторые методы и технологии для повышения его эффективности, чтобы лучше соответствовать потребностям конкретных приложений. Ниже приведено конкретное введение:

1. Уменьшите разницу входного и выходного напряжения:

• Оптимизация конструкции источника питания:

Постарайтесь сделать входное напряжение линейного регулятора близким к выходному напряжению. При проектировании системы электропитания разумно выбирайте входное напряжение. Например, если для устройства требуется стабильное напряжение 5 В, в качестве входа следует выбрать модуль питания с выходным напряжением немного выше 5 В, например 5,5 В или 6 В, вместо использования напряжения намного выше 5 В (например, 12 В), напрямую подключенного к линейному регулятору. Это может уменьшить падение напряжения на регулирующем элементе, тем самым уменьшая потери мощности и повышая эффективность.

• Используйте многоступенчатое регулирование напряжения:

В ситуациях, когда разница между входным и выходным напряжением велика, можно рассмотреть возможность использования метода многоступенчатой регулировки напряжения. Сначала используйте высокоэффективный импульсный регулятор для предварительной регулировки входного напряжения до значения, близкого к середине выходного напряжения, а затем используйте линейный регулятор для точной регулировки напряжения, чтобы получить высокоточное выходное напряжение. Такое сочетание может в полной мере раскрыть высокую эффективность импульсного регулятора и высокую точность линейного регулятора, а также повысить общую эффективность, обеспечивая при этом качество выходного напряжения.

2. Выберите элемент регулировки с низким сопротивлением включения:

• Выберите подходящий транзистор:

При выборе элемента регулировки линейного регулятора (например, силового транзистора или полевой лампы) отдавайте приоритет компонентам с низким сопротивлением открытого канала (Rds(on)). Например, в некоторых приложениях использование силового МОП-транзистора с низким сопротивлением открытого канала в качестве элемента регулировки может значительно снизить потери мощности на элементе регулировки и повысить эффективность регулятора по сравнению с традиционными биполярными транзисторами. В то же время обращайте внимание на другие параметры компонента, такие как максимальный ток, максимальное напряжение и т. д., чтобы убедиться, что он соответствует требованиям приложения.

• Рассмотрите конструкцию рассеивания тепла:

Компоненты с низким сопротивлением во включенном состоянии генерируют относительно меньше тепла при работе, но все равно требуют хорошей конструкции рассеивания тепла для обеспечения их нормальной работы. Разумная конструкция рассеивания тепла может улучшить производительность и надежность компонента и косвенно повысить эффективность регулятора. Радиаторы, подложки рассеивания тепла и т. д. могут использоваться для усиления эффекта рассеивания тепла и обеспечения работы элемента регулировки при более низкой температуре для поддержания его характеристик низкого сопротивления во включенном состоянии.

3. Оптимизируйте источник опорного напряжения и усилитель-компаратор:

• Выберите маломощные компоненты:

Источник опорного напряжения и усилитель-компаратор являются важными компонентами линейного регулятора, и их энергопотребление также повлияет на общую эффективность регулятора. Выбор маломощных источников опорного напряжения и микросхем усилителя-компаратора может снизить энергопотребление этой части схемы. Некоторые новые микросхемы источников опорного напряжения и усилителей-компараторов используют передовые процессы и конструкции, имеют меньший ток покоя и энергопотребление и могут эффективно повысить эффективность регулятора.

• Разумная конструкция параметров схемы:

Разумно проектируя параметры схемы источника опорного напряжения и усилителя-компаратора, такие как сопротивление, емкость и т. д., можно оптимизировать производительность схемы и снизить энергопотребление. Например, выберите подходящее значение сопротивления для установки усиления усилителя, чтобы избежать дополнительного потребления энергии, вызванного слишком высоким или слишком низким усилением. В то же время выберите разумное значение емкости, чтобы отфильтровать шум, обеспечить стабильность и надежность схемы и снизить дополнительное потребление энергии, вызванное нестабильностью схемы.

4. Используйте технологию адаптивного смещения:

• Динамическая регулировка тока смещения:

Технология адаптивного смещения позволяет динамически регулировать ток смещения линейного регулятора в соответствии с изменением тока нагрузки. В условиях малой нагрузки ток смещения автоматически уменьшается для снижения статического энергопотребления схемы; в условиях большой нагрузки ток смещения соответствующим образом увеличивается для обеспечения нормальной работы и выходных характеристик регулятора. Эта технология может эффективно повысить эффективность линейных регуляторов в различных условиях нагрузки, особенно для сценариев применения с большими изменениями нагрузки.

• Используйте смарт-чипы управления:

Технология адаптивного смещения реализована с использованием микросхем интеллектуального управления. Эти микросхемы могут отслеживать изменения тока нагрузки в режиме реального времени и автоматически регулировать ток смещения в соответствии с заданным алгоритмом. Некоторые микросхемы управления также имеют другие функции, такие как защита от перенапряжения, защита от перегрузки по току и т. д., которые могут повысить безопасность и надежность регулятора.

5. Оптимизация компоновки печатной платы:

• Уменьшение потерь на линии:

Разумная компоновка печатной платы может уменьшить сопротивление и индуктивность линии, тем самым уменьшая потери мощности на линии. При проектировании печатной платы постарайтесь сократить длину линии питания и линии заземления и используйте более широкие провода для уменьшения сопротивления; в то же время разумно расположите компоненты, чтобы уменьшить паразитную индуктивность и емкость между линиями, чтобы избежать помех сигнала и дополнительного потребления энергии.

• Улучшение рассеивания тепла:

Хорошая компоновка печатной платы также может улучшить рассеивание тепла. Размещайте тепловыделяющие компоненты (например, регулировочные компоненты) в месте, которое способствует рассеиванию тепла, например, вблизи края печатной платы или радиатора; используйте большую площадь медной фольги в качестве слоя рассеивания тепла для повышения эффективности рассеивания тепла. Оптимизировав компоновку печатной платы, можно снизить рабочую температуру компонентов и повысить эффективность и надежность регулятора.