與汽車電瓶直接相連的穩壓器是前級穩壓器，具有不同的功能。首先，其防止電瓶電壓波動影響用電設備，例如，負載突降引起的供電電壓瞬變。因此，有了前級穩壓器，就無需在用電設備終端使用最貴的保護元件；其次，降壓穩壓器還兼有變壓器的功能，把電瓶電壓(通常是5V∼15V)轉成穩定的低電壓(通常是3.3V∼10V)。
線性穩壓器(圖1)調整輸出電壓是採用電阻降壓方法，將電能轉化成熱能消耗掉，優點是輸出電壓非常穩定，低雜訊、高頻寬；缺點是耗散功率較高，大小與輸入輸出電壓差有關。當必須管理大功率時，封裝本身可能會出現問題。
 |
| 圖1 採用P-通道MOS的線性穩壓器 |
開關穩壓器利用電壓和電流之間的90度相位差調整輸出電壓，其效能遠超過線性穩壓器。電能損耗降低，使熱管理變得非常簡單，同時所需週邊元件較線性穩壓器更少。開關穩壓器的缺點是雜訊大，功率管理需要一個控制環路，開關管通常是外部元件(MOS)，這會提高物料清單成本(圖2)。
 |
| 圖2 有外部MOS的開關穩壓器(降壓拓撲) |
開關穩壓器的效能(η)是輸出功率與輸入功率的比值：
下方是耗散功率的計算公式：
複雜功率管理系統需要很多晶片，例如，對輸出電壓電流有不同要求的前級穩壓器和後級穩壓器、金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)等元件。設計人員不妨考慮使用一個內建MOSFET開關的高整合解決方案，既可連接電瓶用作前級穩壓電源，又可連接低電壓用作後級穩壓電源。這樣的高整合解決方案，除了可縮短產品研發週期外，還可以簡化系統設計，降低相關產品的尺寸和成本。
在一個封裝上有數個輸出電壓針腳和獨立的電源針腳，如果其中一個輸出用作前級穩壓電源，其餘的輸出用作後級穩壓電源，電源針腳連接後級穩壓器提供的電源(電壓低於電瓶電壓)，這樣配置可以提升系統效能。除應用靈活性外，這個高密度設計之尺寸的解決方案還有諸多附加功能，而無需其他外部晶片。
當功率級是由內部開關管(高低邊配置)組成時，可以優化功率級電路尺寸，降低導通電阻，從而降低導通功率損耗。導通功率損耗(Pcon)與功率級的均方根電流(Irms)的二次方和導通電阻(RDSon)成正比。
透過優化內部開關驅動級設計，可以降低開關和閘極驅動的功率損耗。如果熟悉高整合晶片的內部MOSFET開關原理，這個方法就不難理解。
從時序角度看，高低邊充放電階段非常重要，同樣重要的還有高邊關斷與低邊導通之間的死時(Dead Time)，這幾個階段對開關管總體效能構成直接影響，具體來說，可直接影響閘極驅動損耗和開關損耗。
下面是閘極驅動損耗計算公式：
該損耗與下面三個參數成正比關係：(1)送入閘極驅動的電荷；(2)驅動級電源電壓；(3)開關頻率(Fsw)。
開關損耗(Psw)與內部開關管通斷時間(Trise和Tfall)有關，下方為開關損耗的計算公式：
開關損耗亦與穩壓器負載電流(Iload)、開關頻率(Fsw)和功率級輸入電壓(Vin)有關。
最後一個要考慮的參數是死時，這個參數可能導致高低邊跨導(造成功率級擊穿)。在死時期間，高低邊開關都是關斷狀態，電感電流流經功率管的寄生體效應二極體，因為該二極體本身有壓降(高於導通功率開關的壓降)，導致功率損耗增加。
降壓轉換器效能與這些條件有很大的關係，如果把參數選擇提供給工程團隊，可能會導致更多的風險，因為他們還要處理外部元件和印刷電路板跡線的功率損耗。
表示輸出電壓值正常的電源良好訊號，以及輸入輸出電壓監視、過熱保護和過流保護，這些功能可以整合在一個更可靠的整體解決方案上。
在同一封裝內整合更多的開關式穩壓器可能引起雜訊問題，因此電磁干擾(EMI)處理的好壞對應用性能有很大的影響，利用不同的相位降低雜訊是一個簡單的對策，例如，兩個直流-直流轉換器可以利用180o相移降低雜訊。驅動級對EMI管理也很重要，驅動速度越快，雜訊越高，即使效能提升亦是如此。合理的設計需要在EMI和效能之間找到最佳平衡點。
當使用多顆晶片時，如果其開關頻率相同或者是倍數關係，則可以保證這些晶片的工作穩定性。多路穩壓器應該能夠與外部訊號同步，並發送同步訊號。
在使用開關式穩壓器的場合，特別是汽車環境，當附近有調諧器時，AM波段干擾是另一個需要考慮的問題。開關頻率應該高於AM波段的最高頻率，即高於1.7MHz。提高開關頻率有兩種方法，一種用內部高頻振盪器，另一種是用同步針腳設置開關頻率。提高開關頻率還有助於縮減外部電感器的尺寸。
電壓式控制(VM)和電流式控制(CM)是降壓轉換器的調節控制常用方法。電流式控制方法可簡化環路和線路前饋補償，而電壓式控制通常不受雜訊影響。兩種控制方法都有優點和缺點，但是在設計電源時，這些缺點不是大問題。
開關穩壓器需要正確選擇輸出電容、輸出電感和輸入電容。正確選擇輸出電感大小是最難的設計環節。電感通常是工作在連續導通模式(CCM)。在關斷期間，電感不完全放電，電流極性始終為正。在斷續模式，電流過零，會影響EMI，所以最好避免這個狀況發生。下面的公式用於計算連續導通和斷續模式之間負載電流閾值：
負載電流z閾值取決於開關占空比(D=ton/Tsw)、輸出電壓(Vout)、開關頻率和電感值：當進入連續電流模式時，電感越大，電流閾值越小。但是，大電感成本較高，在印刷電路板上占用更大空間。
此外，較大的電感器有助於降低紋波電流(ΔIL)。在穩壓器輸出端，輸出電容寄生電阻(ESR)將紋波電流轉成紋波電壓(ΔVout)：
使用一個高品質的電容或並聯數個電容，可以最大限度降低ESR。此外，在動態負載瞬變過程中，輸出電容可最大限度降低穩壓過沖電壓，有助於直接提高環路穩定性。
輸入電容必須耐受晶片所需的最大輸入工作電壓和最大的RMS輸入電流，調整輸入電容，可以降低電源輸入端的雜訊和紋波。輸入電容必須按照下公式提供RMS電流(取決於占空比D)：
在汽車應用中，靜態電流和能效是兩個需要考慮的重要參數。當車載電子配件待機時，汽車電瓶不應該放電。為降低系統成本，保證工作穩定性，晶片不應該達到最高工作溫度，不應該需要散熱系統。
目前已有廠商推出因應的解決方案，如意法半導體(ST)的L5963穩壓器整合兩個3A輸出電流的直流-直流轉換器，通過外部元件可以調整輸出電壓，晶片還整合了MOS和LDO-STBY穩壓器。L5963相容電池電壓，提供從電池到受電設備的整體電源管理系統。此外，該產品還提供一個高邊驅動器(HSD)。
L5963能夠輕鬆地管理上電順序，而無需外部微控制器，因為晶片上所有穩壓器都有專門的電源良好針腳和使能針腳。在針腳上加一個外部電容(Cext)，以閾壓(Vth)給電容充內部生成的固定電流(Ibias)，可使電源良好訊號延遲。下面是延遲計算公式：
電源良好訊號延遲被送到後面穩壓器(開關穩壓器或LDO穩壓器)的使能針腳後，可以生成幾個自訂的上電順序。
(本文作者皆任職於意法半導體)