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原文链接：Introduction to Power Management: Voltage Regulator ICs

承接上文：IC基础知识（3）通用模拟，数字和混合信号集成电路

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在本视频教程中，我们将重点介绍有助于我们为模拟，数字和混合信号设计生成电源电压的集成电路。

正文

电气工程师面临的一个基本挑战是如何将我们拥有的电源电压有效地转换成我们所需的电源电压。 电子设备的电能来源可以是由电池产生的稳定3 V电源，嘈杂的28 V飞机电源总线，由“壁式疣” AC-DC电源模块产生的12 V或太阳能电池板产生的高度可变的电源。

这些电源尽管在应用环境和性能特征方面肯定不同，但至少有一个共同点：它们通常无法提供工程师电路所需的确切电源电压类型。电源设计的本质是将系统提供的电源电压转换为可使电路始终满足其功能要求的电源电压。这是通过电压调节来实现的，尽管可以使用分立元件创建电压调节器电路，但如今使用电源管理集成电路（PMIC）更为普遍。

线性与开关

根据如何控制输出晶体管，电压调节器IC可以分为两大类。 如果晶体管的电导率连续变化，则调节器被描述为线性。 如果晶体管在零导通和全导通之间反复切换，则我们有一个开关或开关模式调节器。

线性稳压器

线性稳压器具有一个误差放大器，可将稳压器的输出电压与内部基准电压进行比较。如下图所示，误差放大器驱动连接在输入节点和输出节点之间的输出晶体管。这种负反馈配置使电压调节器即使输入电压和负载电流发生变化也能保持恒定的输出电压。

该图中的两个电阻形成一个分压器，该分压器确定了基准电压和输出电压之间的数学关系。

线性稳压器中的晶体管的功能类似于可变电阻器。电阻性元件的功耗等于电压降乘以电流。因此，如果输入电压和输出电压之间存在较大差异，则线性稳压器相对于所需的负载电流将浪费大量功率。换句话说，线性稳压器的效率可能非常低，因为我们需要将较高的电源电压转换为较低的电源电压，而将本来可以为电路供电的能量耗散为热量。

线性稳压器IC体积小且易于使用，因此很受欢迎，在敏感的模拟应用中，避免开关模式稳压器产生的噪声可能很重要。但是，当效率成为主要问题时，设计人员通常将使用开关稳压器。

开关稳压器

开关模式调节比线性调节更有效，因为输出晶体管的作用就像一个开关，该开关要么断开（即阻塞电流），要么闭合（即以很小的电阻传递电流）。当电流流过晶体管时，其电阻较低，因此功耗也较低。

开关稳压器（当它们接受DC输入并产生DC输出时也称为DC / DC转换器）出现在各种电路拓扑中，并且开关稳压器IC可能非常复杂。

这是基本的降压转换器拓扑。

大电流数字IC经常由开关式稳压器供电。数字电路不受开关噪声的负面影响，提高的效率可以延长电池寿命并减少热量产生。不过，在某些情况下，稳压器的开关动作产生的噪声可能会成为问题，设计人员必须采取措施降低噪声幅度或抑制可能干扰其他电路或设备的电磁辐射。以下示波器屏幕截图让您大致了解了开关噪声的外观。

其他类型的功率IC

线性和开关模式稳压器不是唯一提供与电源相关的功能的组件。 PMIC类别还包括专用电池充电器；栅极驱动器，产生用于控制晶体管的大电流信号； LED驱动器，经过优化，可提供发光二极管所需的电流；监控电路，监视电源电压，如果电压低于阈值，则产生复位或通知信号。

结论

本章介绍了集成电路的概念，解释了模拟电子产品和数字电子产品之间的区别，并介绍了各种类型的模拟，数字和电源管理IC。下一章将广泛介绍一种特别有趣且有用的集成电路-运算放大器。

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