控制器电源方案：DC-DC与LDO怎么选？

子正电子

于 2025-03-31 11:06:02 发布

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文章标签：嵌入式硬件硬件工程学习

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| 引言

一个好的单板设计离不开一个好的电源方案；

优良的电源方案可以大大降低后期EMC、EMI测试的难度；

同时，也能提高产品对复杂工况的适应性。

本篇小文主要讲解常用的电源：DC-DC和LDO的工作方式、特点、选型时需考虑的因素，以及应用时的注意事项。

| DC-DC、LDO工作方式介绍

DC-DC电源，即开关电源；

它的核心组成是开关元件(MOSFET)和储能元件(电感、电容)；

工作时，通过高频开关MOSFET给电感、电容充电，然后再通过电感、电容放电来实现能量转换；通过调节占空比来控制输出电压；属于开关转换。

LDO电源，即低压差线性稳压器；

它的核心组成是晶体管(BJT);

工作时，利用三极管的控制作用，通过调整晶体管的导通程度来控制输出电压；输入与输出之间的压差以热量的形式释放；属于线性调整。

| DC-DC、LDO的种类

DC-DC类型可以按输入输出关系分类、按隔离特性分类、按控制方式分类；

这里采用常说的输入输出关系分类；大致可以分为三类：

1、降压型(Buck Converter)；功能：将输入电压降至更低的输出电压(Vout<Vin)；特点：效率通常高于85%；典型应用：24V→3.3V(为MCU供电)。

2、升压型(Boost Converter)；功能：将输入电压升至更高的输出电压(Vout>Vin)；特点：输入电流连续，但输出电压纹波较大；典型应用：适合电池供电设备(例如3.7V锂电池)。

3、升降压型(Buck-Boost Converter);功能：输出电压可高于或低于输入电压(Vout与Vin极性相同)；特点：输入电压范围宽，适合波动较大的电源；典型应用:汽车启停系统。

LDO类型可以按照压差分类、按输出调整方式分类、按照噪声性能等参数分类；

这里采用输出调整方式分类(Dropout Voltage)，大致可以分为两类：

1、固定输出电压型；特点：输出电压由芯片内部设定(3.3V、5V)；优点：设计简单，无需外部调理电路；典型型号：AMS1117-3.3。

2、可调输出电压型；特点：通过外部电阻分压网络调节输出(2.8V~5.5V)；优点：灵活适配各种电压需求；典型型号：LT3080。

| DC-DC、LDO的特点

关于DC-DC和LDO的特点，可以从各自的优点和缺点分别来看，两者在很多特性上呈现出互补的特点。

DC-DC的优点：

1、效率高；通常情况下，转化效率可达80%~95%，这一点特别是在输入输出压差大时更为明显。

2、支持多种拓扑；可以降压(Buck)、升压(boost)、升降压等，使用起来非常灵活。

3、带载能力强；允许大电流输出，非常适合大功率使用。

DC-DC的缺点：

1、成本高；自身设计复杂，且需要搭配外围元件使用，综合使用成本较高。

2、动态响应慢；受开关频率的影响，环路延迟较高，需要额外设计优化补偿网络。

3、噪声大；受工作原理影响，高频的开关动作会导致输出较大的纹波(极端情况下可达数十mV)；且高频开关动作可能会产生辐射干扰，影响敏感电路。

LDO的优点：

1、噪声小；因为没有开关动作，输出纹波通常小于10mV；

2、成本低；自身构造简单，无需外围电路，综合使用成本较低；

3、动态响应快；线性调节环路延迟较低；

LDO的缺点：

1、效率低；效率计算公式：(Vout/Vin)x100%，假设Vin=5V，Vout=3.3V，效率仅66%，这还只是低压差的情况下。

2、发热严重；由于输入输出的压差通过热量的形式释放，压差过大，发热严重，可能会导致LDO进入热保护。

3、带载能力差；只允许小电流应用，大电流应用依然面临发热严重的问题。

| DC-DC or LDO怎么选？

是用DC-DC还是用LDO，可以先看一下DC-DC和LDO方案对比：

方案	效率	噪声	散热需求	成本
纯LDO	低	极低(uV级)	高	低
DC-DC+LDO	中等	低(uV级)	低	中等
纯DC-DC	高	高(mV级)	低	高

在电源方案选择时，完全可以根据方案之间的特点，结合自身设计需求侧重的技术指标进行选择。

例如，比较注重转化效率且对噪声不太敏感的驱动电路，这时可以优先选择DC-DC电源；

如对噪声比较敏感，且低功率，对成本也有苛刻的要求，那么就可以优先选择LDO电源；

如果对效率、噪声、散热、成本均有要求，这时就需要均衡考虑各个因素，选择混合方案可能会比较合适。

| DC-DC或LDO应用注意事项

敲定好电源设计方案之后，还不能算作完事；

还需要对电源增加外围保护电路：

1、增加自恢复保险；可以避免大电流烧坏电源模块和后级电路。

2、增加TVS管；可以避免外部静电、浪涌冲击电源。

3、热管理；计算出整板的功率，以及设计需求中对设备工作环境的描述，判断是否需要增加散热装置，避免出现电源进入热保护无法开机的后果。

| 结语

电路设计是系统性的工程，一个优秀的电子产品需要多方面的考量；

好产品的重点不在于基本原理的优劣，而是在于细节上的把握；

通过大量的积累、学习、模仿，最终才能形成我们自己的设计风格和创新。