低压输入级(一般在12V以下),输出5V/3.3V/1.8V/1.5V/1.2V的电路中,常用的电源芯片是BUCK(降压型)开关稳压器和LDO(低压差)线性稳压器。BUCK和LDO都有降压和稳压的作用,那么应该如何选择?
结论:
LDO和BUCK的区别:
1、工作效率
当串联管之间的压差较大时,LDO效率较低,消耗的能量以热能散出去。Buck电路的效率相对来说较高,较高达90%,
2、PSRR
PSRR即电源纹波抑制比,Bcuk电路中会产生较多的高频纹波,而LDO工作在方法状态,因此纹波较少。
3、电路结构
LDO电路相对简单,最简单的可以只加输入输出电容,而buck电路相对负载。
因此,在选择时:
- 高输入电压(>5V)、高输入/输出压差时,宜用BUCK;反之,宜用LDO。
- 输出电流>2A时,宜用BUCK;2A以内时宜用LDO。尽管LDO有3A、5A、7.5A,甚至8A的,但必须压差低,散热条件好的情况下才能达到。否则因自身功耗(压差x电流)大,升温快,易保护而关闭输出(特别在高温环境下使用时)。
- 通常,对于CPU、mempry、Interface等数字电路来说,开关电源即便噪声大一点,也没关系,因为这些设备大都工作在MHZ的级别,因此可以忽略不计,但是对于audio、RF、Sensor等模拟电路来说,则必须考虑电源噪声对性能的影响,优先选择LDO。
LDO电路
LDO是Low Dropout Regulator,意为低压差线性稳压器,是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器,如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上,否则就不能正常工作。但是在一些情况下,这样的条件显然是太苛刻了,如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v,显然是不满足条件的。针对这种情况,才有了LDO类的电源转换芯片。
LDO 是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称为传递设备)作为 PNP。这种晶体管允许饱和,所以稳压器可以有一个非常低的压降电压,通常为 200mV 左右;与之相比,使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备,其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。更新的发展使用 CMOS 功率晶体管,它能够提供最低的压降电压。使用 CMOS,通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的 ON 电阻造成的。如果负载较小,这种方式产生的压降只有几十毫伏。
BUCK电路(DC-DC的一种)
也应当注意到,实际应用的时候既要考虑成本,也要考虑可靠性、外围器件。而且照教材学习时可以忽略的一些因素在实际应用时不能忽略。
几个感受:1、电感是必须的,和电容组成LC电路,起到滤波和储能的作用。在芯片中会用到MiM(但不需要HL的),会用到UTM(电感绕线需要)。2、可以处理PWM信号(Pulsewidth modulation,脉冲宽度调制)。
Buck电路是一个降压电路,Vi=Vls+Vo。因Vi>Vo,故具有降压作用。
(1) 开关管S导通阶段
当开关闭合时,续流二极管D是截止的,由于输入电压Vi与储能电感Ls接通,因此输入-输出压差(Vi-Vo)就加在Ls上,使通过Ls上的电流线性地增加。在此阶段,除向负载供电外,还有一部分电能储存在电感Ls和电容Cr中。
(2) 开关管S关断阶段
当开关断开时,Ls与Vi断开,但由于电感电流不能在瞬间发生突变,因此在电感Ls上就产生反向电动势以维持通过的电流不变。此时续流二极管D导通,储存在电感Ls中的电能就经过由D构成的的回路对负载供电。(主要是电容C对负载供电,此阶段一直给电容充电,维持电压稳定)
LDO和BUCK降压稳压器对比
1、当输入电压为高电压时(一般是>5V的时候),并且输入输出压差很大时,需要选用BUCK开关稳压器,这种情况下,采用开关电源芯片,效率高,发热量小;若采用线性稳压器,则输入输出的压差过大,这部分功率都被消耗了,造成效率低、发热量巨大,需要额外增加大的散热片。当输入电压在5V以下时,优先考虑LDO线性稳压器,这类芯片的特点是低成本,若在不考虑成本及高要求的情况下,也可使用开关稳压器芯片。
2、当板级输出电源的输出电流>1A时,宜用BUCK开关稳压器,这类芯片型号非常多,这里就不一一列举了;当输出的电源在1A以下,最好选择LDO芯片,使用开关稳压器就有些浪费资源了。
3、BUCK开关稳压器的输出纹波及稳压性不如LDO好,所以像MCU/DSP/FPGA等内核电源(1.2V、1.5V、2.5V等)一般会选择LDO,这个可以多看看TI的电源管理芯片手册,里面有很多针对不同处理器的芯片推荐型号。另外,当输入电压很高或输入/输出电压压差很大,且输出电流比较大时,可采用“BUCK+LDO”方案。这个方案在一般的控制板上实现比较容易,成本也不高。
4、从PCB电路设计的复杂程度上来说:BUCK开关稳压器电路要用外部电感,体积较大,有些还要使用外部MOS管,电路设计和调试需要花费一定时间,除非是前期积累的成熟设计;而LDO电路则很简单,其外围电路只需要几个滤波电容。
5、BUCK开关稳压器的转换效率比LDO高,热温特性也比LDO好(也有不同说法);在电路设计时,当需要输出电压精度很高时,必须用LDO来实现。
内容转载自网络,仅供学习交流使用,如有侵权,请联系删除。