許多電子設計需要多個電壓軌用於系統的不同部分。例如，系統可能包含由低壓電子設備控制的高壓電機。在這樣的系統中，最方便的是用所需的最高電壓為整個系統供電，然後將該電壓降到控制電子設備的低壓軌。
許多人在設計此類系統時選擇的設備是線性穩壓器。線性穩壓器的設計理念很簡單，通常可以無誤地完成工作。然而，在實際應用中往往並非如此。它在概念上是很好用的，可以在原型設計台上實現，但這並不意味著它能夠在實踐中發揮作用。
Digi-Key 經常收到購買 Digi-Key 線性穩壓器的客戶的投訴，稱他們“收到了一個壞的線性穩壓器”。症狀包括：線性穩壓器關閉（無輸出電壓），或線性穩壓器實際上過熱並在某些情況下無法工作。
線性穩壓器出現的大多數問題都是因客戶不了解線性穩壓器的工作方式而造成的。過度降低功率產生的熱量會超出線性穩壓器所能消散的熱量，從而導致過熱。即使使用大型散熱片，如果輸出電流接近其指定範圍的上限並且輸入和輸出電壓之間的差值太大，線性穩壓器也可能會過熱。
例如，如果所需的輸出電壓和電流分別為5V和1A，並且可用電源電壓為24V，則可以採用問世已久的78xx系列的穩壓器，例如MC7805BTG就足以滿足要求。畢竟，根據該穩壓器的規格，它可以處理最高35V的輸入電壓，並且能夠在穩定狀態下以最高1A的電流輸出規定的5V電壓。
問題是，只要器件 未超過 最高內部晶片溫度 （通常稱為“最高接面溫度" )，就只能滿足這些個別規格。除非對穩壓器主體施加高級別的冷卻（ 考慮製冷和液體冷卻 ），否則通常不可能同時實現穩壓器的所有最高規格。要使設計生效，必須滿足以下任何一項要求：
- 降低負載電流
- 減小輸入和輸出之間的電壓差
- 增加散熱
- 結合使用上述幾種方法
由於負載電流和電壓要求通常是固定不變的，因此在這方面能採取的措施非常有限。有時可以降低輸入電壓，但此舉對內部功耗造成的影響最大。最後，可以添加更大的散熱片，或者可以利用風扇進行強制通風，以便更高效地為封裝散熱。
要確定特定應用所需的散熱量，必須考慮穩壓器的最高內部晶片溫度，即終端設備運行時電路板周圍的預期最高空氣溫度（稱為“最高環境溫度”），以及內部晶片和環境空氣之間的界面的熱阻。
熱阻以 ℃/W 表示，器件封裝和任何應用的散熱片都具有熱阻特性。例如，MC7805BTG常用的TO-220外殼的熱阻約為5°C /W並且最高接面溫度為150°C。典型的TO-220散熱片具有約15°C /W的熱阻。這種組合在內部晶片和週圍空氣之間存在20°C /W的組合熱阻。
摘自MC7805規格書：
使用上面描述的例子，可以通過查找系統輸入功率和輸出功率之間的差異來計算線性穩壓器消耗的近似功率水平。請注意，對於線性穩壓器，輸入電流與輸出電流幾乎相同（輸入電流實際上略高，但出於討論目的可以忽略不計）。
- 輸入功率：P(in) = V(in) x I(in) = 24V x 1A = 24W
- 輸出功率：P(out) = V(out) x I(out) = 5V x 1A = 5W
- 穩壓器功耗：P(reg) = P(in) - P(out) = 24W - 5W = 19W
那麼，在這些條件下，晶片接面溫度會升高多高呢？
晶片接面溫度 = (外殼熱阻 + 散熱片熱阻) x 內部功耗 = (5°C /W + 15°C /W) x 19W = 高於環境溫度 380 °C！
溫度太高了！即使採用熱阻為5°C/W真正高效的散熱片，晶片接面溫度也比環境溫度高190°C。如果環境空氣溫度為25°C，則晶片接面溫度為215°C，這遠遠高於穩壓器的150°C上限。
問題的關鍵是線性穩壓器並非萬能零件。用家不僅需要考慮系統的電壓和電流要求，還應該考慮穩壓器的功率容量要求。隨著穩壓器功耗要求的提高，可能需要改善散熱和/或降低輸入至輸出的電壓差，以防止晶片接面溫度在所有預期負載和環境溫度條件下超過規定的最高溫度。
如上所述，可能存在線性穩壓器確實不能滿足系統要求並且需要考慮替代方案的情況。最有用的替代方案之一是採用特定封裝形式的開關型直流-直流轉換器，旨在用於與典型的TO-220封裝類型的線性穩壓器相同的封裝。 Digi-Key將這些轉換器稱為“ 線性穩壓器替代品 ”的直流-直流轉換器。
這些器件可以使用與典型的78xx型線性穩壓器相同的封裝，並且通常不需要進行任何散熱。它們比線性穩壓器更高效（效率通常為80％或更高），因為它們不僅可以產生更少的熱量，更可以在電池供電應用中有著顯著延長電池壽命的能力。