首先說明下這篇文章適合于對電源技術淺嘗輒止的初學者,之所說適合是因為包括很多專業技術人員,在入門電源技術之初,基本都會陷入諸如“LDO 與 DC-DC 區別”、“LDO 與 DC-DC 在選型上該如何取舍”等問題,對于 LDO 與 DC-DC 的各種疑惑存在于采購、工程、軟件等非硬件人員中,因此,若你是硬件專業人員,這篇文章對于你來說可能是你早已理解過的知識,若你認為以下文字描述的還比較恰當且容易理解,那么當有一名采購同事或軟件工程師再問你類似的問題,你可以轉發這個給他而非多次重復回答這個問題。
LDO:低壓差線性調整器
DC-DC:開關型調整器
關于 LDO:
假如有一個電池 5V,一個 LED 燈的驅動電壓為 2.5V,你不能直接把燈接到電池上,因為 5V 的電壓對于燈來說過高會直接把燈燒壞,因此你必須串聯一個電阻,而且這個電阻的設計原則是在保證燈的亮度下承擔“過?!钡碾妷?,也就是 5V-2.5V = 2.5V 。(具體這個電阻阻值怎么算:假如我們燈需要流過 5mA 的電流,那么對于串聯電路中,各個點的電流相同可知,電阻流過的電流也為 5mA,根據歐姆定律可知電阻阻值 R = 2.5V / 5mA = 0.5KΩ。)
在如上的理解中,5V 供對負載 LED 燈進行驅動的過程為“降壓”,而電阻“承擔剩余壓降”,這個作用就是 LDO 要達到的效果,就像現在找到一個輸出電壓為 2.5V 的 LDO,我們可以做到如下圖(為了避免干擾,我暫時不放入限流電阻)。
“為什么不直接用電阻而需要使用 LDO”:
因為但你把電池換為 9V 的電池時,為了承擔“剩余電壓 9-2.5=6.5V”,你必須更換一個更大的電阻以“承擔剩余電壓”,而 LDO 芯片內部會自我反饋調節,依然穩定輸出 2.5V。實際上,LDO 是通過輸入和輸出之間串聯晶體管電路來實現降壓功能,該晶體管電路工作在其“電壓 - 電流特性曲線”的線性區,起到可變電阻的作用,因此也叫線性調整器
過剩電壓 Vin - Vout的差值通常稱為 LDO 的壓差,顯而易見,Vout 是由 Vin 去掉被分擔的過剩電壓后得到值,因此 Vout 一定小于 Vin,這就如同于你有一盆水要分給一個小杯子一樣,你必須用另外一個盆子去裝剩余的水。
應當注意,并沒有正式的規定壓差值為多少時可以稱線性調整器為低壓差,一般認為最小壓降為 200mV 甚至更低才能成為低壓差線性調整器,即 LDO。
對于 DC-DC,你依然可以用水的概念理解:
LDO:你有一盆水要分給一個小杯子一樣,你必須用另外一個盆子去裝剩余的水
DC-DC:你有一盆水要分給一個小杯子,你找來了一個水龍頭,你通過調節水龍頭水量的大小,一邊觀察小水杯的水是否已經滿了,一邊通過操作“開水 - 關水 - 開水 - 關水”的動作,直到小水杯的水剛好為你想要的量。
實際上,DC-DC 的基本類型之一如下,DC-DC 的晶體管電路處于開關狀態,它將能量一點點給予到輸出,如同一個車擠滿了人,一輛輛大巴一趟又一趟地將人群輸送到目的地。
而,LDO 的晶體管電路處于放大狀態,因此輸出不需要用到的能量必須由晶體管電路進行承擔消耗,由此這也就可以理解 DC-DC 的能量轉化比較高,因為它分為多次傳送,理想狀態下不需要中間額外的消耗。因此對于轉化效率要求比較高的設計中,選用 DC-DC 會更加靠譜,就比如 220V 的電壓,你想要降為 2.5V 給 LED 燈,當你使用 LDO 時,有 220-2.5 = 217.5V 的剩余電壓額外消耗,此時乘以流過的電流 5mA,則功率為 217.5 * 5 = 1.087W,該功率以熱量消耗掉,你的 LDO 會發燙!
回歸到 LDO,你選型時需要關注的基本概念有:
壓差、裕量電壓、靜態電流、接地電流、關斷電流、效率、直流輸入電壓和負載調整率、 輸入電壓和負載瞬態響應、電源抑制比(PSRR)、輸出噪聲和精度。
審核編輯黃昊宇
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