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電源芯片選擇DC/DC還是LDO?

出處:電子發燒友 發布于:2019-06-04 13:53:39 | 130 次閱讀

  電源芯片選擇DC/DC還是LDO?
  這個取決于你的應用場合。比如用在升壓場合,當然只能用DC/DC,因為LDO是壓降型,不能升壓。另外看下各自的主要特點:
  DC/DC:效率高,噪聲大;
  LDO:噪聲低,靜態電流小;
  所以如果是用在壓降比較大的情況下,選擇DC/DC,因為其效率高,而LDO會因為壓降大而自身損耗很大部分效率;
  如果壓降比較小,選擇LDO,因為其噪聲低,電源干凈,而且外圍電路簡單,成本低。
  LDO是low dropout regulator,意為低壓差線性穩壓器,是相對于傳統的線性穩壓器來說的。傳統的線性穩壓器,如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v~3V以上,否則就不能正常工作。但是在一些情況下,這樣的條件顯然是太苛刻了,如5v轉3.3v,輸入與輸出的壓差只有1.7v,顯然是不滿足條件的。針對這種情況,才有了LDO類的電源轉換芯片。
  LDO線性降壓芯片:原理相當于一個電阻分壓來實現降壓,能量損耗大,降下的電壓轉化成了熱量,降壓的壓差和負載電流越大,芯片發熱越明顯。這類芯片的封裝比較大,便于散熱。
  LDO線性降壓芯片如:2596,L78系列等。
  DC/DC降壓芯片:在降壓過程中能量損耗比較小,芯片發熱不明顯。芯片封裝比較小,能實現PWM數字控制。
  DC/DC降壓芯片如:TPS5430/31,TPS75003,MAX1599/61,TPS61040/41
  關于LDO電源
  以前經常看見,說什么芯片是LDO的,以為是某一公司的名號。現在才知道,LDO是low dropout regulator,意為低壓差線性穩壓器,是相對于傳統的線性穩壓器來說的。傳統的線性穩壓器,如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v~3V以上,否則就不能正常工作。但是在一些情況下,這樣的條件顯然是太苛刻了,如5v轉3.3v,輸入與輸出的壓差只有1.7v,顯然是不滿足條件的。針對這種情況,才有了LDO類的電源轉換芯片。生產LDO芯片的公司很多,常見的有ALPHA, Linear(LT), Micrel, National semiconductor,TI等。
  什么是 LDO(低壓降)穩壓器?
  LDO 是一種線性穩壓器。線性穩壓器使用在其線性區域內運行的晶體管或 FET,從應用的輸入電壓中減去超額的電壓,產生經過調節的輸出電壓。所謂壓降電壓,是指穩壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。正輸出電壓的LDO(低壓降)穩壓器通常使用功率晶體管(也稱為傳遞設備)作為 PNP。這種晶體管允許飽和,所以穩壓器可以有一個非常低的壓降電壓,通常為 200mV 左右;與之相比,使用 NPN 復合電源晶體管的傳統線性穩壓器的壓降為 2V 左右。負輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設備,其運行模式與正輸出 LDO 的 PNP設備類似。
  更新的發展使用 CMOS 功率晶體管,它能夠提供最低的壓降電壓。使用 CMOS,通過穩壓器的唯一電壓壓降是電源設備負載電流的 ON 電阻造成的。如果負載較小,這種方式產生的壓降只有幾十毫伏。
  LDO VS DCDC
  DCDC的意思是直流變(到)直流(不同直流電源值的轉換),只要符合這個定義都可以叫DCDC轉換器,包括LDO。但是一般的說法是把直流變(到)直流由開關方式實現的器件叫DCDC。
  LDO是低壓降的意思,這有一段說明:低壓降(LDO)線性穩壓器的成本低,噪音低,靜態電流小,這些是它的突出優點。它需要的外接元件也很少,通常只需要一兩個旁路電容。新的LDO線性穩壓器可達到以下指標:輸出噪聲30μV,PSRR為60dB,靜態電流6μA,電壓降只有100mV。LDO線性穩壓器的性能之所以能夠達到這個水平,主要原因在于其中的調整管是用P溝道MOSFET,而普通的線性穩壓器是使用PNP晶體管。P溝道MOSFET是電壓驅動的,不需要電流,所以大大降低了器件本身消耗的電流;另一方面,采用PNP晶體管的電路中,為了防止PNP晶體管進入飽和狀態而降低輸出能力, 輸入和輸出之間的電壓降不可以太低;而P溝道MOSFET上的電壓降大致等于輸出電流與導通電阻的乘積。由於MOSFET的導通電阻很小,因而它上面的電壓降非常低。
  如果輸入電壓和輸出電壓很接近,最好是選用LDO穩壓器,可達到很高的效率。所以,在把鋰離子電池電壓轉換為3V輸出電壓的應用中大多選用LDO穩壓器。雖說電池的能量最後有百分之十是沒有使用,LDO穩壓器仍然能夠保證電池的工作時間較長,同時噪音較低。
  如果輸入電壓和輸出電壓不是很接近,就要考慮用開關型的DCDC了,應為從上面的原理可以知道,LDO的輸入電流基本上是等于輸出電流的,如果壓降太大,耗在LDO上能量太大,效率不高。
  DC-DC轉換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉換器的優點是效率高、可以輸出大電流、靜態電流小。隨著集成度的提高,許多新型DC-DC轉換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器。但是,這類電源控制器的輸出脈動和開關噪音較大、成本相對較高。
  近幾年來,隨著半導體技術的發展,表面貼裝的電感器、電容器、以及高集成度的電源控制芯片的成本不斷降低,體積越來越小。由於出現了導通電阻很小的MOSFET可以輸出很大功率,因而不需要外部的大功率FET。例如對于3V的輸入電壓,利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的輸出。其次,對于中小功率的應用,可以使用成本低小型封裝。另外,如果開關頻率提高到1MHz,還能夠降低成本、可以使用尺寸較小的電感器和電容器。有些新器件還增加許多新功能,如軟啟動、限流、PFM或者PWM方式選擇等。
  總的來說,升壓是一定要選DCDC的,降壓,是選擇DCDC還是LDO,要在成本,效率,噪聲和性能上比較。
  LDO體積小,干擾較小,當輸入與輸出電壓差較大的化,轉換效率低。
  DC-DC好處就是轉換效率高,可以大電流,但輸出干擾較大,體積也相對較大。
  LDO一般是指線性的穩壓器--Low Drop Out, 而DC/DC則是線性式和開關式穩壓器的總稱。
  如果你的輸出電流不是很大(如3A以內), 而且輸入輸出壓差也不大(如3.3V轉2.5V等)就可以使用LDO的穩壓器(優點是輸出電壓的ripple很小)。 否則最好用開關式的穩壓器, 如果是升壓, 也只能用開關式穩壓器(如果ripple控制不好,容易影響系統工作)
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關鍵詞:電源芯片DC/DCLDO

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