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小白快速弄懂LDO和DC/DC的區(qū)別
閱讀：1210 發(fā)布時(shí)間：2021-3-23
LDO：LOW DROPOUT VOLTAGE LDO（是 low dropout voltage regulator 的縮寫,，整流器），低壓差線性穩(wěn)壓器,，故名思意,，為線性的穩(wěn)壓器，僅能使用在降壓應(yīng)用中,，也就是輸出電壓必需小于輸入電壓,。
優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好，負(fù)載響應(yīng)快,，輸出紋波小,。
缺點(diǎn)：效率低，輸入輸出的電壓差不能太大,。負(fù)載不能太大,，目前大的 LDO 為 5A（但要保證 5A 的輸出還有很多的限制條件）
DC/DC：直流電壓轉(zhuǎn)直流電壓。嚴(yán)格來(lái)講,，LDO 也是 DC/DC 的一種,，但目前 DC/DC 多指開(kāi)關(guān)電源，具有很多種拓樸結(jié)構(gòu),，如 BUCK,，BOOST 等。
優(yōu)點(diǎn)：效率高,，輸入電壓范圍較寬,。
缺點(diǎn)：負(fù)載響應(yīng)比 LDO 差，輸出紋波比 LDO 大,。
那么,，DC/DC 和 LDO 的區(qū)別是什么？
DC/DC 轉(zhuǎn)換器一般由控制芯片,，電桿線圈,，二極管,，三極管，電容構(gòu)成,。DC/DC 轉(zhuǎn)換器為轉(zhuǎn)變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器,。DC/DC 轉(zhuǎn)換器分為三類：升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器以及升降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,。根據(jù)需求可采用三類控制,。PWM 控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PFM 控制型即使長(zhǎng)時(shí)間使用,，尤其小負(fù)載時(shí)具有耗電小的優(yōu)點(diǎn)。PWM/PFM 轉(zhuǎn)換型小負(fù)載時(shí)實(shí)行 PFM 控制,，且在重負(fù)載時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到 PWM 控制,。目前 DC-DC 轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于手機(jī)、MP3,、數(shù)碼相機(jī),、便攜式媒體播放器等產(chǎn)品中。
DC-DC 簡(jiǎn)述原理：
其實(shí)內(nèi)部是先把 DC 直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟婋娫?AC,。通常是一種自激震蕩電路,，所以外面需要電感等分立元件。
然后在輸出端再通過(guò)積分濾波,，又回到 DC 電源,。由于產(chǎn)生 AC 電源，所以可以很輕松的進(jìn)行升壓跟降壓,。兩次轉(zhuǎn)換,，必然會(huì)產(chǎn)生損耗，這就是大家都在努力研究的如何提高 DC-DC 效率的問(wèn)題,。
對(duì)比：
1,、DCtoDC 包括 boost(升壓)、buck(降壓),、Boost/buck(升 / 降壓)和反相結(jié)構(gòu),，具有高效率、高輸出電流,、低靜態(tài)電流等特點(diǎn),，隨著集成度的提高，許多新型 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的外圍電路僅需電感和濾波電容,；但該類電源控制器的輸出紋波和開(kāi)關(guān)噪聲較大,、成本相對(duì)較高。
2,、LDO：低壓差線性穩(wěn)壓器的突出優(yōu)點(diǎn)是具有 低的成本,， 低的噪聲和 低的靜態(tài)電流,。它的外圍器件也很少，通常只有一兩個(gè)旁路電容,。新型 LDO 可達(dá)到以下指標(biāo)：30μV 輸出噪聲,、60dBPSRR、6μA 靜態(tài)電流及 100mV 的壓差,。
LDO 簡(jiǎn)述原理：
線性穩(wěn)壓器能夠?qū)崿F(xiàn)這些特性的主要原因在于內(nèi)部調(diào)整管采用了 P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管,，而不是通常線性穩(wěn)壓器中的 PNP 晶體管。P 溝道的場(chǎng)效應(yīng)管不需要基極電流驅(qū)動(dòng),，所以大大降低了器件本身的電源電流,；另一方面，在采用 PNP 管的結(jié)構(gòu)中,，為了防止 PNP 晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)降低輸出能力,，必須保證較大的輸入輸出壓差；而 P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管的壓差大致等于輸出電流與其導(dǎo)通電阻的乘積,，極小的導(dǎo)通電阻使其壓差非常低,。當(dāng)系統(tǒng)中輸入電壓和輸出電壓接近時(shí)，LDO 是 好的選擇,，可達(dá)到很高的效率,。所以在將鋰離子電池電壓轉(zhuǎn)換為 3V 電壓的應(yīng)用中大多選用 LDO，盡管電池后放電能量的百分之十沒(méi)有使用,，但是 LDO 仍然能夠在低噪聲結(jié)構(gòu)中提供較長(zhǎng)的電池壽命,。
便攜電子設(shè)備不管是由交流市電經(jīng)過(guò)整流(或交流適配器)后供電，還是由蓄電池組供電,，工作過(guò)程中,，電源電壓都將在很大范圍內(nèi)變化。比如單體鋰離子電池充足電時(shí)的電壓為 4.2V,，放完電后的電壓為 2.3V,，變化范圍很大。各種整流器的輸出電壓不僅受市電電壓變化的影響,，還受負(fù)載變化的影響,。為了保證供電電壓穩(wěn)定不變，幾乎所有的電子設(shè)備都采用穩(wěn)壓器供電,。小型精密電子設(shè)備還要求電源非常干凈（無(wú)紋波,、無(wú)噪聲），以免影響電子設(shè)備正常工作,。為了滿足精密電子設(shè)備的要求,，應(yīng)在電源的輸入端加入線性穩(wěn)壓器，以保證電源電壓恒定和實(shí)現(xiàn)有源噪聲濾波。
一,、LDO 的基本原理
低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)的基本電路如圖 1-1 所示,，該電路由串聯(lián)調(diào)整管 VT（PNP 晶體管，注：實(shí)際應(yīng)用中,，此處常用的是 P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管）,、取樣電阻 R1 和 R2、比較放大器 A 組成,。
圖 1-1 低壓差線性穩(wěn)壓器基本電路
取樣電壓 Uin 加在比較器 A 的同相輸入端,，與加在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓 Uref（Uout*R2/（R1+R2））相比較，兩者的差值經(jīng)放大器 A 放大后 .Uout=(U+-U-)*A 注 A 為比較放大器的倍數(shù),，）控制串聯(lián)調(diào)整管的壓降,，從而穩(wěn)定輸出電壓。
當(dāng)輸出電壓 Uout 降低時(shí),，基準(zhǔn)電壓 Uref 與取樣電壓 Uin 的差值增加,，比較放大器輸出的驅(qū)動(dòng)電流增加，串聯(lián)調(diào)整管壓降減小,，從而使輸出電壓升高,。
相反,，若輸出電壓 Uout 超過(guò)所需要的設(shè)定值,，比較放大器輸出的前驅(qū)動(dòng)電流減小，從而使輸出電壓降低,。供電過(guò)程中,，輸出電壓校正連續(xù)進(jìn)行，調(diào)整時(shí)間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應(yīng)速度的限制,。
應(yīng)當(dāng)說(shuō)明,，實(shí)際的線性穩(wěn)壓器還應(yīng)當(dāng)具有許多其它的功能，比如負(fù)載短路保護(hù),、過(guò)壓關(guān)斷,、過(guò)熱關(guān)斷、反接保護(hù)等,，而且串聯(lián)調(diào)整管也可以采用 MOSFET,。
二、低壓差線性穩(wěn)壓器的主要參數(shù)
1．輸出電壓(OutputVoltage)
輸出電壓是低壓差線性穩(wěn)壓器重要的參數(shù),，也是電子設(shè)備設(shè)計(jì)者選用穩(wěn)壓器時(shí)首先應(yīng)考慮的參數(shù),。低壓差線性穩(wěn)壓器有固定輸出電壓和可調(diào)輸出電壓兩種類型。固定輸出電壓穩(wěn)壓器使用比較方便,，而且由于輸出電壓是經(jīng)過(guò)廠家精密調(diào)整的,，所以穩(wěn)壓器精度很高。但是其設(shè)定的輸出電壓數(shù)值均為常用電壓值,，不可能滿足所有的應(yīng)用要求,，但是外接元件數(shù)值的變化將影響穩(wěn)定精度,。
2．大輸出電流(MaximumOutputCurrent)
用電設(shè)備的功率不同，要求穩(wěn)壓器輸出的大電流也不相同,。通常,，輸出電流越大的穩(wěn)壓器成本越高。為了降低成本,，在多只穩(wěn)壓器組成的供電系統(tǒng)中,，應(yīng)根據(jù)各部分所需的電流值選擇適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓器。
3．輸入輸出電壓差(DropoutVoltage)
輸入輸出電壓差是低壓差線性穩(wěn)壓器重要的參數(shù),。在保證輸出電壓穩(wěn)定的條件下,，該電壓壓差越低，線性穩(wěn)壓器的性能就越好,。比如,，5.0V 的低壓差線性穩(wěn)壓器，只要輸入 5.5V 電壓,，就能使輸出電壓穩(wěn)定在 5.0V,。
4．接地電流(GroundPinCurrent)
接地電路 IGND 是指串聯(lián)調(diào)整管輸出電流為零時(shí)，輸入電源提供的穩(wěn)壓器工作電流,。該電流有時(shí)也稱為靜態(tài)電流,，但是采用 PNP 晶體管作串聯(lián)調(diào)整管元件時(shí)，這種習(xí)慣叫法是不正確的,。通常較理想的低壓差穩(wěn)壓器的接地電流很小,。
5．負(fù)載調(diào)整率(LoadRegulation)
負(fù)載調(diào)整率可以通過(guò)圖 2-1 和式 2-1 來(lái)定義，LDO 的負(fù)載調(diào)整率越小,，說(shuō)明 LDO 抑制負(fù)載干擾的能力越強(qiáng),。
圖 2-1OutputVoltage&OutputCurrent
(2-1)
式中
△Vload—負(fù)載調(diào)整率
Imax—LDO 大輸出電流
Vt—輸出電流為 Imax 時(shí)，LDO 的輸出電壓
Vo—輸出電流為 0.1mA 時(shí),，LDO 的輸出電壓
△V—負(fù)載電流分別為 0.1mA 和 Imax 時(shí)的輸出電壓之差
6．線性調(diào)整率(LineRegulation)
線性調(diào)整率可以通過(guò)圖 2-2 和式 2-2 來(lái)定義,，LDO 的線性調(diào)整率越小，輸入電壓變化對(duì)輸出電壓影響越小,，LDO 的性能越好,。
圖 2-2OutputVoltage&InputVoltage
(2-2)
式中
△Vline—LDO 線性調(diào)整率
Vo—LDO 名義輸出電壓
Vmax—LDO 大輸入電壓
△V—LDO 輸入 Vo 到 Vmax'輸出電壓大值和小值之差
7．電源抑制比(PSSR)
LDO 的輸入源往往許多干擾信號(hào)存在。PSRR 反映了 LDO 對(duì)于這些干擾信號(hào)的抑制能力,。
三,、LDO 的典型應(yīng)用
低壓差線性穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用如圖 3-1 所示。圖 3-1(a)所示電路是一種 常見(jiàn)的 AC/DC 電源,，交流電源電壓經(jīng)變壓器后,，變換成所需要的電壓，該電壓經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟妷骸Ｔ谠撾娐分?，低壓差線性穩(wěn)壓器的作用是：在交流電源電壓或負(fù)載變化時(shí)穩(wěn)定輸出電壓,，抑制紋波電壓，消除電源產(chǎn)生的交流噪聲,。
各種蓄電池的工作電壓都在一定范圍內(nèi)變化,。為了保證蓄電池組輸出恒定電壓，通常都應(yīng)當(dāng)在電池組輸出端接入低壓差線性穩(wěn)壓器,，如圖 3-1(b)所示,。低壓差線性穩(wěn)壓器的功率較低，因此可以延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命,。同時(shí),，由于低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓與輸入電壓接近，因此在蓄電池接近放電完畢時(shí),，仍可保證輸出電壓穩(wěn)定,。
*，開(kāi)關(guān)性穩(wěn)壓電源的效率很高,，但輸出紋波電壓較高,，噪聲較大，電壓調(diào)整率等性能也較差,，特別是對(duì)模擬電路供電時(shí),，將產(chǎn)生較大的影響。在開(kāi)關(guān)性穩(wěn)壓器輸出端接入低壓差線性穩(wěn)壓器,，如圖 2-3(c)所示,，就可以實(shí)現(xiàn)有源濾波,，而且也可大大提高輸出電壓的穩(wěn)壓精度,，同時(shí)電源系統(tǒng)的效率也不會(huì)明顯降低。
在某些應(yīng)用中,，比如無(wú)線電通信設(shè)備通常只有一足電池供電,，但各部分電路常常采用互相隔離的不同電壓，因此必須由多只穩(wěn)壓器供電,。為了節(jié)省共電池的電量,，通常設(shè)備不工作時(shí)，都希望低壓差線性穩(wěn)壓器工作于睡眠狀態(tài),。為此,，要求線性穩(wěn)壓器具有使能控制端。有單組蓄電池供電的多路輸出且具有通斷控制功能的供電系統(tǒng)如圖 3-1(d)所示,。
圖 3-1 低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)典型應(yīng)用
四,、DC-DC
應(yīng)當(dāng)可以這樣理解：DCDC 的意思是直流變（到）直流（不同直流電源值的轉(zhuǎn)換），只要符合這個(gè)定義都可以叫 DCDC 轉(zhuǎn)換器，包括 LDO,。但是一般的說(shuō)法是把直流變（到）直流由開(kāi)關(guān)方式實(shí)現(xiàn)的器件叫 DCDC,。
DC-DC 轉(zhuǎn)換器包括升壓、降壓,、升 / 降壓和反相等電路,。DC-DC 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是效率高、可以輸出大電流,、靜態(tài)電流小,。隨著集成度的提高，許多新型 DC-DC 轉(zhuǎn)換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器,。但是,，這類電源控制器的輸出脈動(dòng)和開(kāi)關(guān)噪音較大、成本相對(duì)較高,。近幾年來(lái),，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，表面貼裝的電感器,、電容器,、以及高集成度的電源控制芯片的成本不斷降低，體積越來(lái)越小,。由於出現(xiàn)了導(dǎo)通電阻很小的 MOSFET 可以輸出很大功率,，因而不需要外部的大功率 FET。例如對(duì)于 3V 的輸入電壓,，利用芯片上的 NFET 可以得到 5V/2A 的輸出,。其次，對(duì)于中小功率的應(yīng)用,，可以使用成本低小型封裝,。另外，如果開(kāi)關(guān)頻率提高到 1MHz,，還能夠降低成本,、可以使用尺寸較小的電感器和電容器。有些新器件還增加許多新功能,，如軟啟動(dòng),、限流、PFM 或者 PWM 方式選擇等,。
總的來(lái)說(shuō),，升壓是一定要選 DCDC 的，降壓,，是選擇 DCDC 還是 LDO,，要在成本,，效率，噪聲和性能上比較,。
五,、LDO 與 DC/DC 對(duì)比
首先從效率上說(shuō)，DC/DC 的效率普遍要遠(yuǎn)高于 LDO,，這是其工作原理決定的,。其次，DC/DC 有 Boost,，Buck,，Boost/Buck，(有人把 ChargePump 也歸為此類),；而 LDO 只有降壓型,。
再次，也是很重要的一點(diǎn),，DC/DC 因?yàn)槠溟_(kāi)關(guān)頻率的原因?qū)е缕潆娫丛肼暫艽?，遠(yuǎn)比 LDO 大的多，大家可以關(guān)注 PSRR 這個(gè)參數(shù) . 所以當(dāng)考慮到比較敏感的模擬電路時(shí)候,，有可能就要犧牲效率為保證電源的純凈而選擇 LDO,。
還有，通常 LDO 所需要的外圍器件簡(jiǎn)單,，占面積小,，而 DC/DC 一般都會(huì)要求電感，二極管,，大電容,，有的還會(huì)要 MOSFET，特別是 Boost 電路,，需要考慮電感的大工作電流,，二極管的反向恢復(fù)時(shí)間，大電容的 ESR 等等,，所以從外圍器件的選擇來(lái)說(shuō)比 LDO 復(fù)雜,，而且占面積也相應(yīng)的會(huì)大很多,。
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