LDO与DC/DC,这样理解就懂了
电子世家 2021-02-02




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。


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。


那么,DC/DC和LDO的区别是什么?


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

  • P WM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。


DC-DC简述原理 


其实内部是先把DC直流电源转变为交流电电源AC,通常是一种自激震荡电路,所以外面需要电感等分立元件。 然后在输出端再通过积分滤波,又回到DC电源,由于产生AC电源,所以可以很轻松的进行升压跟降压。 两次转换,必然会产生损耗,这就是大家都在努力研究的如何提高DC-DC效率的问题。 

对比:

  • DCtoDC包括boost(升压)、buck(降压)、Boost/buck(升/降压)和反相结构,具有高效率、高输出电流、低静态电流等特点,随着集成度的提高,许多新型DC-DC转换器的外围电路仅需电感和滤波电容,但该类电源控制器的输出纹波和开关噪声较大、成本相对较高。
  • LDO低压差线性稳压器的突出优点是具有最低的成本,最低的噪声和最低的静态电流,它的外围器件也很少,通常只有一两个旁路电容,新型LDO可达到以下指标:30μV输出噪声、60dBPSRR、6μA静态电流及100mV的压差。


LDO简述原理 


线性稳压器能够实现这些特性的主要原因在于内部调整管采用了P沟道场效应管,而不是通常线性稳压器中的PNP晶体管。 P沟道的场效应管不需要基极电流驱动,所以大大降低了器件本身的电源电流。 另一方面,在采用PNP管的结构中,为了防止PNP晶体管进入饱和状态降低输出能力,必须保证较大的输入输出压差。 而P沟道场效应管的压差大致等于输出电流与其导通电阻的乘积,极小的导通电阻使其压差非常低。 当系统中输入电压和输出电压接近的时候,LDO是最好的选择,可达到很高的效率。 所以在将锂离子电池电压转换为3V电压的应用中大多选用LDO,尽管电池最后放电能量的百分之十没有使用,但是LDO仍然能够在低噪声结构中提供较长的电池寿命。 便携电子设备不管是由交流市电经过整流(或交流适配器)后供电,还是由蓄电池组供电,工作过程中,电源电压都将在很大范围内变化。 比如单体锂离子电池充足电时的电压为4.2V,放完电后的电压为2.3V,变化范围很大。 各种整流器的输出电压不仅受市电电压变化的影响,还会受负载变化的影响, 为了保证供电电压稳定不变,几乎所有的电子设备都采用稳压器供电。 小型精密电子设备还要求电源非常干净,要无纹波、无噪声,以免影响电子设备正常工作。 为了满足精密电子设备的要求,应在电源的输入端加入线性稳压器,以保证电源电压恒定和实现有源噪声滤波。 0 1 LDO的基本原理 低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如图1-1所示,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。

图1-1低压差线性稳压器基本电路 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。



0 2 

低压差线性稳压器的主要参数 



1.输出电压 

输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数,也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。 低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型,固定输出电压稳压器使用比较方便,而且由于输出电压是经过厂家精密调整的,所以稳压器精度很高。 但是其设定的输出电压数值均为常用电压值,不可能满足所有的应用要求,但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。 


2.最大输出电流 

用电设备的功率不同,要求稳压器输出的最大电流也不相同,通常,输出电流越大的稳压器成本越高。 为了降低成本,在多只稳压器组成的供电系统中,应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。 


3.输入输出电压差 

输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数,在保证输出电压稳定的条件下,该电压压差越低,线性稳压器的性能就越好。 比如,5.0V的低压差线性稳压器,只要输入5.5V电压,就能使输出电压稳定在5.0V。 


4.接地电流 

接地电路IGND是指串联调整管输出电流为零时,输入电源提供的稳压器工作电流。 该电流有时也称为静态电流,但是采用PNP晶体管作串联调整管元件时,这种习惯叫法是不正确的,通常较理想的低压差稳压器的接地电流很小。 


5.负载调整率 

负载调整率可以通过图2-1和式2-1来定义,LDO的负载调整率越小,说明LDO抑制负载干扰的能力越强。

 

图2-1OutputVoltage&OutputCurrent

(2-1)


式中:


  • △Vload—负载调整率;

  • Imax—LDO最大输出电流;

  • Vt—输出电流为Imax时,LDO的输出电压;

  • Vo—输出电流为0.1mA时,LDO的输出电压;

  • △V—负载电流分别为0.1mA和Imax时的输出电压之差。


6.线性调整率



线性调整率可以通过图2-2和式2-2来定义,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。  

图2-2OutputVoltage&InputVoltage

(2-2)

式中:

  • △Vline—LDO线性调整率;

  • Vo—LDO名义输出电压;

  • Vmax—LDO最大输入电压;

  • △V—LDO输入Vo到Vmax'输出电压最大值和最小值之差。


7.电源抑制比



LDO的输入源往往有着许多干扰信号的存在,PSRR反映了LDO对于这些干扰信号的抑制能力。 


0 3 LDO的典型应用 


低压差线性稳压器的典型应用如图3-1所示,图3-1(a)所示电路是一种最常见的AC/DC电源,交流电源电压经变压器后,变换成所需要的电压,该电压经整流后变为直流电压。 在该电路中,低压差线性稳压器的作用是:在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压,抑制纹波电压,消除电源产生的交流噪声。


各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化,为了保证蓄电池组输出恒定电压,通常都应当在电池组输出端接入低压差线性稳压器,如图3-1(b)所示。


低压差线性稳压器的功率较低,因此可以延长蓄电池的使用寿命, 同时,由于低压差线性稳压器的输出电压与输入电压接近,因此在蓄电池接近放电完毕时,仍可保证输出电压稳定。 众所周知,开关性稳压电源的效率很高,但输出纹波电压较高,噪声较大,电压调整率等性能也较差,特别是对模拟电路供电时,将产生较大的影响。


在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器,如图3-1(c)所示,就可以实现有源滤波,而且也可大大提高输出电压的稳压精度,同时电源系统的效率也不会明显降低。


在某些应用中,比如无线电通信设备通常只有一足电池供电,但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压,因此必须由多只稳压器供电。 为了节省共电池的电量,通常设备不工作时,都希望低压差线性稳压器工作于睡眠状态,为此,要求线性稳压器具有使能控制端。 有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控制功能的供电系统如图3-1(d)所示。


图3-1低压差线性稳压器(LDO)典型应用 


0 4 


DC-DC 应当可以这样理解:


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。


0 5 

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。


声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
热门推荐
  • 相关技术文库
  • 电源
  • DC
  • AC
  • 稳压
  • 电源及开关电源的相关基本电路基础(PPT)

    推荐阅读: 点击下方『面包板社区』卡片关注我们, 每天学点电子技术干货 ▲ 点击关注,后台回复"关键词",领取300 G学习资料包!  内容合作 | 视频、课程合作 | 开发板合作| 转载开白  请联系小助手微信:15889572951(微信同号) 点击阅读原文,下载《基本

    昨天
  • 同步整流和非同步整流到底有什么差别?

    开关电源是通过功率管打开时给电感充电,电感储能;功率管断开时,电感释放能量,从而实现电压变换。 在功率管断开时,电感释放能量需要电流回路,续流元器件的选用不同,就会涉及到不同的整流方式,即同步整流和非同步整流。 那么同步整流和非同步整流到底有

    昨天
  • PWM波到底是什么,TA隐藏着什么思想?

    PWM有非常广泛的应用,比如直流电机的无极调速,开关电源、逆变器等等。个人认为,要充分理解或掌握模拟电路、且有所突破,很有必要吃透这三个知识点: PWM 电感 纹波。 PWM是一种技术手段,PWM波是在这种技术手段控制下的脉冲波。 如图1所示,这种比喻很形象

    04-09
  • 10类开关电源电路损耗分析

    0 1 输入部分损耗 1、脉冲电流造成的共模电感T的内阻损耗加大 适当设计共模电感,包括线径和匝数 2、放电电阻上的损耗 在符合安规的前提下加大放电电阻的组织 3、热敏电阻上的损耗 在符合其他指标的前提下减小热敏电阻的阻值 0 2 启动损耗 普通的启动方法,开

    04-08
  • 阻容降压的精确计算

    很多人对阻容降压都比较了解,但是对阻容降压没有多少好感; 因为: ①设计参数通常和实际测试相差较远;(是因为思路不对,下面细讲) ②阻容降压因为输入输出没有隔离而比较危险。(其实绝缘和接地做好了也是非常安全的) 但是在小功率方面的优点是非常突出

    04-08
  • H桥电路换上了IGBT管子,驱动+保护

    这几天沉下心来专门给逆变器的后级,也就是大家熟悉的H桥电路换上了IGBT管子,用来深入了解相关的特性。 大家都知道,IGBT单管相当的脆弱,同样电流容量的IGBT单管,比同样电流容量的MOSFET脆弱多了,也就是说,在逆变H桥里头,MOSFET上去没有问题,但是IGBT

    03-30
  • 电源隔离是个大问题(常见拓扑)

    作者:电子阔少  来源:面包板社区 本文原创,转载请联系授权! 关于电源隔离的一些基本知识 ,有好多专家和大咖或专业电源书籍,已经有很多人介绍了。 本文从认识反激电源FlyBuck拓扑隔离 ,简单地对具体的电源的隔离做一些介绍 那么这里大家看到是一个典型

    03-30
  • 变压器设计有哪些类型?怎样选择变压器?

    1、什么叫变压器? 在交流电路中,将电压升高或降低的设备叫变压器,变压器能把任一数值的电压转变成频率相同的我们所需的电压值,以满足电能的输送,分配和使用要求。 例如发电厂发出来的电,电压等级较低,必须把电压升高才能输送到较远的用电区,用电区又必

    03-29
  • 正弦波、波整流、半波整流的相关计算

    一、基本公式 对于一个时间函数的正弦波: 即函数是u=F(t),注意u≠sin(t),F≠sin。 但是它是一个正弦波,故u=sin(£),£与t存在关系 即:u=F(t)=sin(£),£与t存在关系,£的单位是角度,t的单位是秒。sin只能对“角度”,不能对“秒”。“秒”要转换

    03-29
  • 动图看懂半波整流电路

    电子电路的理论很抽象,所以多看电子电路的信号波形,对掌握理论知识非常有帮助。 让我们通过形象的电路信号波形,直观地了解电路的世界! 半波整流电路 半波整流电路,电路图很简单,通过一个二极管实现半波整流。其中1kΩ的电阻是负载。各点波形如下: 半波

    03-30
  • 开关电源常见的基本拓扑结构

    1、基本名词     常见的基本拓扑结构     ■Buck降压     ■Boost升压     ■Buck-Boost降压-升压     ■Flyback反激     ■Forward正激     ■Two-Transistor Forward双晶体管正激     ■Push-Pull推挽     ■Half Bridge半桥     ■Full Bridge全桥     ■S

    03-25
  • 在设计LDO时主要考虑的七个问题

    注 | 文末留言有福利 传统的稳压器显然是不适合市场,因为对于一些特定的应用,输入和输出的压差过低就无法使用,这时LDO类的电源转换芯片才诞生了,帮助我们很好的解决了这个问题,不过在此提醒大家在设计LDO时主要应考虑以下问题: 1 压差是LDO的重要参数,

    03-26
下载排行榜
更多
广告
X
广告