Switch regulator 和linear regulator的区别

很多有关电源的书籍在这方面都有详尽的论述. 概括地讲，linear regulator 的调整管工作在线性状态，根据负载的变化情况来调节自身的内电阻从而稳定输出电压. 它只能做降压转换，电路简单，噪声低，转换效率可以简单地看作输出与输入电压之比，一般用于低压差，小功率的场合. switch regulator调整管工作在开关状态，通过调节导通和关断的时间比例稳定输出电压，可灵活实现电压的大小和极性的不同转换. 良好的设计可实现较高的转换效率，电路相对复杂，存在开关噪声. 在linear regulator不适用的场合都可以应用.



switch 方式最主要的好处是效率(Po/Pi)的提升, 而且可以做升压(boost), 降压(buck), 升降压(boost-buck). 而Linear regulator 效率低於switch, 由於输出电压小於输入电压. 目前Power supply 需求大功率(etc. 200W) 都是采用switch. 而小电流(mA)的就比较常见用regulator.

再补充一点: switching regulator需要外加电感,电阻和电容,如果要提供超过500mA的情况,通常会比较建议采用外加Power MOSFET 如果是linear regulator,一般来说大都是on-chip build-in,所能提供的电流大都不会超过100mA(泛指在SOC),因为若要提供大电流,其POWER MOSFET的Size就要很大,而且会有current density的问题,如果要linear regulator且又要超过100mA,绝大部份是采用外接的BJT

补充一下在应用方面 由於ldo的noise较小,故常用在RF电路上

LDO                         switching converter efficiency              poor                 Up to 95% and average about 90% conversion ratio   step down only                 step down/up inverting output ripple           small                            moderate load capability        moderate                  Be able to above 500 mA footprint area          small                             large

http://tech.digitimes.com.tw/print.aspx?zNotesDocId=338461225499436548256F47001F5D07

各种直接电源转换技术之优劣比较

在了解手持装置内有哪些用电组件，以及有哪些可用的供电来源后，接著我们将来讨论供电与用电间的电源转换方式，而绝大多数都是DC/DC的直流间转换，原因是AC/DC的交直流转换多半在外部变压器中转换完成（透过桥式整流器、滤波电容），到装置内已无需考虑此段过程.

直流转换主要分成两种方式，即是线性调整（Linear Regulator）与切换式调整（Switch Regulator，亦称：开关式、交换式），线性调整仅能用在降低输出电压，因此也称线性降压；而切换式调整则可以升压（Boost）、降压（Buck）、甚至反相（Invert，转成负向电压）.

进一步的，切换调整又分成电容式切换与电感式切换，电容式切换多被另称成Charge Pump（电荷泵、或称电荷帮浦）；而一般若无特别指明，则提到切换式调整即是指电感式切换.

从性质而言仅有上述的分类，但笔者发现各元件供应商会再进行更多的延伸区别，如Linear Regulator方面多出了一种LDO（Low Drop Out，低消散）类型，强调输入电压不需高出输出电压太多即可稳压运作，但本质上依然是线性降压，只是电气表现上更为卓越.

另外，Switch Regulator也在DC/DC Switch Controller外衍生出一种DC/DC Switch Converter，差别只在於把Controller外部搭配的三个离散元件：P FET、N FET、电感，其中P FET、N FET改成内建，但仍需要外接电感，此作法主要是让设计时更方便、制造时更省空间，然也因为采内建式的FET切换开关，使转换能力受到限制，多半低於Controller的供电力，而运作原理与特性皆与Controller相同. 不过即便供电力较DC/DC Controller小，但对手持装置而言却都已足够，所以手持装置内几乎都用DC/DC Converter，少见DC/DC Controller，且有助於减少机内空间的占用.

除了转换、调整方式的不同，Linear Regulator、Charge Pump、Switch Regulator三者所转换出的直流电源洁净度、以及转换效率等也各有不同，而电路的复杂度、组件的成本也有差别.

以Linear而言，它的实现电路最为简易，电源洁净度最佳（少涟波Ripple、杂讯Noise、干扰EMI），但电源转换率也最差，即是所有输入电压高出输出电压的准位统统以热能方式消散，无法供输出电路运用. 且高功率型的Linear Regulator经常要外接散热片，才能让散热加速，不过高功率型在手持装置内使用的机会不多.

至於Charge Pump，虽能够升压、降压、反相，但多数的运用情况皆在升压，Charge Pump的电源转换率较Linear为高，但由於切换过程中只用上外接电容，未用及电感，使其转换率仍不如电感式切换的Switch Regulator，且供电力也小於Switch Regulator，电源洁净度未如Linear Regulator来得理想.

而Switch Regulator方面，其电源转换率最高，但电源洁净度却也最难掌控，实现上的电路占用面积亦最大（涉及电感线圈的配置），为让外接电感缩小，多半是将Switch Regulator的切换频率拉高（达MHz以上），在实际运用上则是升压、降压、反相皆有可能. 同时前述三者在组件价格上，也以Linear较廉，Charge Pump次之、Switch Regulator较高. （见表：直流电源调整、转换方式比较表）

■因应各部件的用电特性，给予不同的供电方式

对用电、供电等部件有所了解，以及对各种直接电源转换的差异有所认知后，即可以进行各自的供电对应.

在MPU上，至少需要两种电压：Vcore与Vmain（有时亦称Vi/o），由於要求的电流较大，为了电源利用率通常会用DC/DC Converter，同时若有DVS/AVS的动态调压需要，还必须使用能弹性输出电压准位的DC/DC Converter，通常是用外部电阻的分压值来操作输出电压，或依循各MPU的省电规范来设计.

在DRAM记忆体上，少量的记忆体仍可使用Linear Regulator来供电，并有低杂讯（Low Noise）、低消散（Low Drop Out）、高涟波拒斥比（PSSR）等要求，然记忆体容量大时耗电也会增加，届时改用DC/DC Converter较为合适.

至於显示方面则较为复杂，特别是背光部分，STN、TFT需要背光，无论采用EL或CCFL，都需要进行偏压（Bias）处理，将数伏特的电压提升至十多伏以上，并要有反相电压，理由是EL、CCFL需要交流驱动（如+15V～-10V）. 不过，EL、CCFL驱动的电压虽高，但电流耗用却小（uA～数mA），因此使用Charge Pump进行升压、反相来供电即可，不需使用供电力较大的DC/DC Converter.

至於用LED充当Backlight，现在普遍是用白光发光二极体（White LED），许多业者已经推出专为驱动White LED的晶片，设计时可直接沿用，并且也可支援相机闪光灯所用的White LED. 然而即便不使用驱动晶片，也不一定要进行升压、降压才能供电，直接将White LED进行串并联组合即可，例如将White LED串接，用多个White LED的内阻来承受较高的供电电压. 比较特别的是，White LED的用电较EL、CCFL凶，每一个约要数mA以上才能驱动，因此建议从DC/DC Converter取得供电.

图一：ZETEX半导体公司的DC/DC转换器：ZXSC100，外部只需要再加装一个电感、一个开关电晶体、一个萧特基二极体、及电阻、电感元件，即可将1.2V的输入电压转换成3.3V，及最高1A的输出. （图片来源：ZETEX）

图二：若使用DC/DC Controller，则在进行切换式电源转换时，外部依然要有P/N FET开关搭配，图为多款ZETEX公司的表面黏著式P通道MOSFET.