(南京观海微电子)——DC-DC和LDO的原理及应用区别

2024-06-23 17:04

本文主要是介绍(南京观海微电子)——DC-DC和LDO的原理及应用区别,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

LDO: 

低压差线性稳压器,故名思意为线性的稳压器,仅能使用在降压应用中,也就是输出电压必需小于输入电压。

优点:稳定性好,负载响应快,输出纹波小。

缺点: 效率低,输入输出的电压差不能太大,负载不能太大,目前最大的LDO为5A,但要保证5A的输出还有很多的限制条件。

LDO的基本原理

该电路由串联调整管VT(PNP晶体管,注:实际应用中,此处常用的是P沟道场效应管)、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。

        取样电压Uin,加在比较器A的同相输入端,与加在反相输入端的基准电压Uref(Uout*R2/(R1+R2))相比较, 两者的差值经放大器A放大后,Uout=(U+-U-)*A注A為比較放大器的倍数,控制串联调整管的压降,从而稳定输出电压。 当输出电压Uout降低时,基准电压Uref与取样电压Uin的差值增加,比较放大器输出的驱动电流增加,串联调整管压降减小,从而使输出电压升高。

         相反,若输出电压Uout超过所需要的设定值,比较放大器输出的前驱动电流减小,从而使输出电压降低。 供电过程中,输出电压校正连续进行,调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。 应当说明,实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能,比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等,而且串联调整管也可以采用MOSFET。

LDO的负载调整率越小,说明LDO抑制负载干扰的能力越强。

LDO的线性调整率越小,输入电压变化对输出电压影响越小,LDO的性能越好。 

DC/DC: 

直流电压转直流电压,严格来讲,LDO也是DC/DC的一种,但目前DC/DC多指开关电源,具有很多种拓朴结构,如BUCK,BOOST等。

优点: 效率高,输入电压范围较宽。

缺点: 负载响应比LDO差,输出纹波比LDO大。

DC-DC 基本原理:

DC-DC的意思是直流变(到)直流,即不同直流电源值的转换,只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器,包括LDO。 但是一般的说法是把直流变(到)直流由开关方式实现的器件叫DCDC。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。

DC/DC和LDO的区别:

DC/DC转换器一般由控制芯片,电杆线圈,二极管,三极管,电容构成, DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC转换器分为三类: 升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。 

根据需求可采用三类控制:

  • PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声;

  • PFM控制型即使长时间使用,尤其小负载时具有耗电小的优点;

  • PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制,且在重负载时自动转换到PWM控制。

目前DC-DC转换器广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。

 LDO与DC/DC对比:

        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ChargePump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。

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