LDO和DC-DC扫盲

本文介绍了LDO和DC-DC在电源设计中的应用,分析了两者的工作原理、优缺点以及选型注意事项。LDO适合压差小、低纹波的场景,而DC-DC能实现宽电压输入,效率高但存在纹波问题。在实际设计中,应根据需求权衡选择。

LDO与DC-DC的电源设计分析

在板级设计过程中,首先一步必须按照各个芯片的要求设计出电源类型,电源大小,这就是一个电源分配的“架构”。现阶段主要使用的是LDO和DC-DC两种方法。

LDO(low dropout regulator),是一种低压差线性稳压器。最核心的不见是一个工作在线性区的晶体管或MOSFET,如图1-1给出结构框图


图1-1LDO结构框图

如图,由两个电阻构成的分压,经过放大器放大后,与VREF进行对比,实现对VOUT的调整,利用一个反馈的方法,当输出变小,则VT串联调整管压降减小,从而使输出电压升高。所以LDO的参数需要注意的是:输入电压,输出电压,最大输出电流,输入/输出电压差、功率、线性调整率、负载调整率、接地电流、温度。尤其是电压差DropoutLDO选型的非常重要的参数,和功率相关,由于功率的计算为

P=(VIN-VOUT)*I、

因此,对于压差较大的时候,不适合用LDO,因为压降都耗费在了VT管的压降下,尤其在PCB设计的时候,一些LDO芯片背面有较大的接地焊盘,设计的时候手册会给出需要接地焊盘,增加散热(虽然有些LDO的电流很小,但是还是需要考虑散热)。线性调整率和负载调整率主要针对输入变化和输出变化对LDO的影响,线性调整率决定输入电压变化,输出电压的影响,负载调整率决定了负载变化时,LDO的抗干扰性。

LDO选择电压输出,规格书会给出一些参考的分压电阻,而且有时候给出的电阻值大小比较不常用,所以会选择一些比例不变的电阻值进行替换,但

### LDODC-DC转换器的区别及应用场景 #### 一、基本概念 LDO(Low Dropout Regulator,低压差线性稳压器)是一种基于线性调节技术的稳压器,它通过调整内部晶体管的导通程度来维持稳定的输出电压[^2]。而DC-DC转换器则利用开关技术将输入直流电压转换为目标输出电压,支持升压、降压以及反相等功能。 --- #### 二、工作原理差异 LDO采用的是连续电流模式下的线性调节机制,其核心在于通过反馈回路控制串联调整元件(通常是PMOS或PNP晶体管),使输出保持恒定。这种方式简单可靠,但由于能量是以热的形式耗散掉的,因此效率受限于输入输出电压差[^2]。 相比之下,DC-DC转换器依赖于高频开关操作,在电感储能释放的过程中完成电压变换。这种非连续性的特性使其能够在较宽范围内实现高效的电压转化,尤其是在输入输出电压差距较大的场景下表现尤为突出[^1]。 --- #### 三、性能对比分析 以下是两者在几个关键指标上的比较: ##### 1. **效率** - DC-DC:由于采用了开关架构,整体效率显著优于LDO,尤其当输入输出电压差较大时更为明显。 - LDO:效率随输入输出电压差增大而降低,仅适用于小范围内的降压需求[^2]。 ##### 2. **噪声水平** - DC-DC:因存在开关动作产生的电磁干扰(EMI),故电源噪声相对较高,可能影响某些敏感设备正常运行。 - LDO:具备更低的纹波更少的高频成分,非常适合供电给射频模块或其他精密模拟电路[^2]。 ##### 3. **功能多样性** - DC-DC:提供多种拓扑结构如Buck(降压)、Boost(升压)、Buck-Boost(升降压)等,适应性强。 - LDO:主要用于简单的降压处理,不具备升压能力[^2]。 ##### 4. **外围组件复杂度** - DC-DC:需要额外配置诸如电感、滤波电容甚至肖特基二极管之类的元器件,增加了设计难度并占据更多PCB空间。 - LDO:只需少量去耦合电容器即可满足大多数情况的要求,布局简便紧凑。 --- #### 四、典型应用场景划分 根据以上特点可得出如下推荐方向: | 场景描述 | 推荐方案 | |----------------------------|----------------| | 需要提升电压 | DC-DC | | 输入输出电压相近 | LDO | | 对能耗极为关注 | DC-DC | | 存在严格限制的辐射环境 | LDO | | 要求快速动态响应 | 可考虑优化后的DC-DC 或特定型号LDO | 具体选型还需综合考量成本预算、散热条件等因素做出最终决定。 --- ```python # 示例代码展示如何计算理论效率 (假设理想状态无其他损失) def calculate_efficiency(input_voltage, output_voltage, current): power_in = input_voltage * current power_out = output_voltage * current efficiency = (power_out / power_in) * 100 return round(efficiency, 2) input_volt = 5.0 # V output_volt = 3.3 # V current_ampere = 1.0 # A print(f"Theoretical Efficiency: {calculate_efficiency(input_volt, output_volt, current_ampere)}%") ``` 此函数可用于粗略估算不同条件下两种类型电源管理单元的大致效能比率。 ---
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