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小白快速弄懂LDO和DC/DC的區(qū)別
閱讀：1113 發(fā)布時間：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：穩(wěn)定性好，負(fù)載響應(yīng)快，輸出紋波小。
缺點：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)格來講，LDO 也是 DC/DC 的一種，但目前 DC/DC 多指開關(guān)電源，具有很多種拓樸結(jié)構(gòu)，如 BUCK，BOOST 等。
優(yōu)點：效率高，輸入電壓范圍較寬。
缺點：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 控制型即使長時間使用，尤其小負(fù)載時具有耗電小的優(yōu)點。PWM/PFM 轉(zhuǎn)換型小負(fù)載時實行 PFM 控制，且在重負(fù)載時自動轉(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 簡述原理：
其實內(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 效率的問題。
對比：
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，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關(guān)噪聲較大、成本相對較高。
2、LDO：低壓差線性穩(wěn)壓器的突出優(yōu)點是具有 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 溝道的場效應(yīng)管不需要基極電流驅(qū)動，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，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有使用，但是 LDO 仍然能夠在低噪聲結(jié)構(gòu)中提供較長的電池壽命。
便攜電子設(shè)備不管是由交流市電經(jīng)過整流(或交流適配器)后供電，還是由蓄電池組供電，工作過程中，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（無紋波、無噪聲），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：實際應(yīng)用中，此處常用的是 P 溝道場效應(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，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 超過所需要的設(shè)定值，比較放大器輸出的前驅(qū)動電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過程中，輸出電壓校正連續(xù)進(jìn)行，調(diào)整時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)說明，實際的線性穩(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)、過壓關(guān)斷、過熱關(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)計者選用穩(wěn)壓器時首先應(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，輸入電源提供的穩(wěn)壓器工作電流。該電流有時也稱為靜態(tài)電流，但是采用 PNP 晶體管作串聯(lián)調(diào)整管元件時，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)整率可以通過圖 2-1 和式 2-1 來定義，LDO 的負(fù)載調(diào)整率越小，說明 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，LDO 的輸出電壓
Vo—輸出電流為 0.1mA 時，LDO 的輸出電壓
△V—負(fù)載電流分別為 0.1mA 和 Imax 時的輸出電壓之差
6．線性調(diào)整率(LineRegulation)
線性調(diào)整率可以通過圖 2-2 和式 2-2 來定義，LDO 的線性調(diào)整率越小，輸入電壓變化對輸出電壓影響越小，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存在。PSRR 反映了 LDO 對于這些干擾信號的抑制能力。
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谠撾娐分校蛪翰罹€性穩(wěn)壓器的作用是：在交流電源電壓或負(fù)載變化時穩(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，因此可以延長蓄電池的使用壽命。同時，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，仍可保證輸出電壓穩(wěn)定。
*，開關(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，特別是對模擬電路供電時，將產(chǎn)生較大的影響。在開關(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，同時電源系統(tǒng)的效率也不會明顯降低。
在某些應(yīng)用中，比如無線電通信設(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，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），只要符合這個定義都可以叫 DCDC 轉(zhuǎn)換器，包括 LDO。但是一般的說法是把直流變（到）直流由開關(guān)方式實現(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和開關(guān)噪音較大、成本相對較高。近幾年來，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、限流、PFM 或者 PWM 方式選擇等。
總的來說，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 對比
首先從效率上說，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，DC/DC 因為其開關(guān)頻率的原因?qū)е缕潆娫丛肼暫艽螅h(yuǎn)比 LDO 大的多，大家可以關(guān)注 PSRR 這個參數(shù) . 所以當(dāng)考慮到比較敏感的模擬電路時候，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單，占面積小，而 DC/DC 一般都會要求電感，二極管，大電容，有的還會要 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)時間，大電容的 ESR 等等，所以從外圍器件的選擇來說比 LDO 復(fù)雜，而且占面積也相應(yīng)的會大很多。
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