[经验] LDO和DC/DC电源的区别之谈(摘选)

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技术员

发表于 2017-3-3 14:03:39   280 查看 3 回复 显示全部楼层 倒序浏览
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  LDO是low dropout voltage regulator的缩写,就是低压差线性稳压器。

  DC-DC,其实内部是先把DC直流电源转变为交流电电源AC。通常是一种自激震荡电路,所以外面需要电感等分立元件。

  然后在输出端再通过积分滤波,又回到DC电源。由于产生AC电源,所以可以很轻松的进行升压跟降压。两次转换,必然会产生损耗,这就是大家都在努力研究的如何提高DC-DC效率的问题。

  1.DCtoDC包括boost(升压)、buck(降压)、Boost/buck(升/降压)和反相结构,具有高效率、高输出电流、低静态电流等特点,随着集成度的提高,许多新型DC-DC 转换器的外围电路仅需电感和滤波电容;

但该类电源控制器的输出纹波和开关噪声较大、成本相对较高。

  2.LDO:低压差线性稳压器的突出优点是具有最低的成本,最低的噪声和最低的静态电流。它的外围器件也很少,通常只有一两个旁路电容。新型LDO可达到以下指标:30μV 输出噪声、60dB PSRR、6μA 静态电流及100mV 的压差。LDO 线性稳压器能够实现这些特性的主要原因在于内部调整管采用了P 沟道场效应管,而不是通常线性稳压器中的PNP 晶体管。P 沟道的场效应管不需要基极电流驱动,所以大大降低了器件本身的电源电流;另一方面,在采用PNP 管的结构中,为了防止PNP 晶体管进入饱和状态降低输出能力,必须保证较大的输入输出压差;而P 沟道场效应管的压差大致等于输出电流与其导通电阻的乘积,极小的导通电阻使其压差非常低。当系统中输入电压和输出电压接近时, LDO 是最好的选择,可达到很高的效率。所以在将锂离子电池电压转换为3V 电压的应用中大多选用LDO,尽管电池最后放电能量的百分之十没有使用,但是LDO 仍然能够在低噪声结构中提供较长的电池寿命。


  LDO是低压降的意思,这有一段说明:低压降(LDO)线性稳压器的成本低,噪音低,静态电流小,这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少,通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压器可达到以下指标:输出噪声30μV,PSRR为60dB,静态电流6μA,电压降只有100mV。LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平,主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET,而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道MOSFET是电压驱动的,不需要电流,所以大大降低了器件本身消耗的电流;另一方面,采用PNP晶体管的电路中,为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力, 输入和输出之间的电压降不可以太低;而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由於MOSFET的导通电阻很小,因而它上面的电压降非常低。

  如果输入电压和输出电压很接近,最好是选用LDO稳压器,可达到很高的效率。所以,在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最後有百分之十是没有使用,LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长,同时噪音较低。

  如果输入电压和输出电压不是很接近,就要考虑用开关型的DCDC了,应为从上面的原理可以知道,LDO的输入电流基本上是等于输出电流的,如果压降太大,耗在LDO上能量太大,效率不高。

DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随著集成度的提高,许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是,这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。

  近几年来,随著半导体技术的发展,表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低,体积越来越小。由於出现了导通电阻很小的MOSFET可以输出很大功率,因而不需要外部的大功率FET。例如对于3V的输入电压,利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的输出。其次,对于中小功率的应用,可以使用成本低小型封装。另外,如果开关频率提高到1MHz,还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能,如软启动、限流、PFM或者PWM方式选择等。

  总的来说,升压是一定要选DCDC的,降压,是选择DCDC还是LDO,要在成本,效率,噪声和性能上比较。

  LDO与DC/DC相比:

  首先从效率上说,DC/DC的效率普遍要远高于LDO,这是其工作原理决定的。

其次,DC/DC有Boost,Buck,Boost/Buck,(有人把Charge Pump也归为此类)。而LDO只有降压型。

  再次,也是很重要的一点,DC/DC因为其开关频率的原因导致其电源噪声很大,远比LDO大的多,大家可以关注PSRR这个参数。所以当考虑到比较敏感的模拟电路时候,有可能就要牺牲效率为保证电源的纯净而选择LDO.

  还有,通常LDO所需要的外围器件简单,占面积小,而DC/DC一般都会要求电感,二极管,大电容,有的还会要MOSFET,特别是Boost电路,需要考虑电感的最大工作电流,二极管的反向恢复时间,大电容的ESR等等,所以从外围器件的选择来说比LDO复杂,而且占面积也相应的会大很多.


标签:直流电源 转换器 控制器 稳压器 交流电

高级工程师

发表于 2017-3-3 18:07:54  
华强PCB打样
一句话:LDO就是低压差线性稳压器,效率高。
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实习生

发表于 2017-3-18 20:17:29  
学些了,谢谢!
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发表于 2017-3-19 21:11:39  
现在终于懂DC/DC和LDO的差别了
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