LDO与DC-DC 的入门理解

本文适合电源技术初学者,介绍了LDO(低压差线性调整器)和DC-DC(开关型调整器)的工作原理与区别。LDO通过线性电路降压,适用于低功耗和效率要求不高的场景,而DC-DC利用开关模式提高能效,适合高效率设计。选型时需关注压差、效率等参数。

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首先说明下这篇文章适合于对电源技术浅尝辄止的初学者,之所说适合是因为包括很多专业技术人员,在入门电源技术之初,基本都会陷入诸如“LDO与DC-DC区别”、“LDO与DC-DC在选型上该如何取舍”等问题,对于LDO与DC-DC的各种疑惑存在于采购、工程、软件等非硬件人员中,因此,若你是硬件专业人员,这篇文章对于你来说可能是你早已理解过的知识,若你认为以下文字描述的还比较恰当且容易理解,那么当有一名采购同事或软件工程师再问你类似的问题,你可以转发这个给他而非多次重复回答这个问题。

LDO:低压差线性调整器

DC-DC:开关型调整器

关于LDO:

如下图,假如有一个电池5V,一个LED灯的驱动电压为2.5V,你不能直接把灯接到电池上,因为5V的电压对于灯来说过高会直接把灯烧坏,因此你必须串联一个电阻,而且这个电阻的设计原则是在保证灯的亮度下承担“过剩”的电压,也就是5V-2.5V = 2.5V 。(具体这个电阻阻值怎么算假如我们灯需要流过5mA的电流,那么对于串联电路中,各个点的电流相同可知,电阻流过的电流也为5mA,根据欧姆定律可知电阻阻值R = 2.5V / 5mA = 0.5KΩ。

在如上的理解中,5V供对负载LED灯进行驱动的过程为“降压”,而电阻“承担剩余压降”,这个作用就是LDO要达到的效果,就像现在找到一个输出电压为2.5V的LDO,我们可以做到如下图(为了避免干扰,我暂时不放入限流电阻)。

### LDODCDC 的主要区别 #### 效率方面 LDO压差线性稳压器)是一种通过调节内部晶体管的导通程度来实现稳定输出电压的器件。由于其工作原理决定了输入电流几乎等于输出电流,因此当输入输出电压差异较大时,过多的能量会以热的形式消耗掉,从而降整体效率[^1]。 相比之下,DCDC转换器采用开关模式操作,在高频下切换功率元件的状态以改变电能形式并维持恒定输出电压。这种机制允许它在更宽广的工作范围内保持较高效率,即使面对较大的输入/输出电压差距也依然如此。 #### 输出纹波噪声性能 就电磁干扰(EMI)以及输出信号纯净度而言,LDO通常表现得更好一些,因为它本质上属于连续工作的模拟设备,不会像PWM控制下的DC-DC那样产生周期性的脉冲序列而引入额外的高频成分到供电网络里去[^2]. 然而,对于那些对噪音敏感的应用场景来说,比如射频前端或者精密测量仪器之类的产品开发过程中就需要特别注意如何平衡两者之间取舍关系了. #### 成本考量因素 从成本角度来看,简单的LDO解决方案往往更加经济实惠而且易于实施;只需要很少几个外围元器件就可以完成整个电路搭建过程.但是随着负载需求增加或者其他特殊功能要求加入进来之后情况可能会发生变化--某些高性能系列产品的价格甚至能够赶上入门级的开关型产品了[^3]. 另一方面,尽管基础款式的buck converter可能看起来初始投入稍高一点但由于具备更好的能源利用率所以在长期运行期间有可能节省下来更多电费开支进而抵消前期多出来的这部分支出. ```python # 示例代码展示两种类型的简单应用模型对比 import numpy as np def ldo_efficiency(vin, vout, iout): return (vout / vin) def dcdc_efficiency(vin, vout, iout): # 假设固定损耗为0.9 fixed_loss = 0.9 return ((vin * iout - fixed_loss) / (vin * iout)) # 测试数据 input_voltage = 12 # 输入电压(V) output_voltage = 3 # 输出电压(V) current_output = 1 # 负载电流(A) eff_ldo = ldo_efficiency(input_voltage, output_voltage, current_output)[^1] eff_dcdc = dcdc_efficiency(input_voltage, output_voltage, current_output)[^3] print(f"LDO Efficiency: {eff_ldo*100:.2f}%") print(f"DCDC Efficiency: {eff_dcdc*100:.2f}%") ```
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