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  • LDO與DCDC簡(jiǎn)介及有什么區(qū)別介紹
    • 發(fā)布時(shí)間:2023-03-30 17:33:57
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    LDO與DCDC簡(jiǎn)介及有什么區(qū)別介紹
    DCDC
    DCDC的意思是直流變(到)直流(不同直流電源值的轉(zhuǎn)換),只要符合這個(gè)定義都可以叫DCDC轉(zhuǎn)換器。
    常見(jiàn)的DCDC電路有buck、boost、buck-boost分別是降壓、升壓、降壓升壓電路。
    LDO DCDC
    LDO DCDC
    LDO
    LDO 是一種線性穩(wěn)壓器,使用在其飽和區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管(FET),從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓,產(chǎn)生經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓,是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內(nèi)所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。
    LDO、DCDC的優(yōu)缺點(diǎn)
    LDO是低壓降的意思,一段說(shuō)明:低壓降(LDO)線性穩(wěn)壓器的成本低,噪音低,靜態(tài)電流小,這些是它的突出優(yōu)點(diǎn)。它需要的外接元件也很少,通常只需要一兩個(gè)旁路電容。新的LDO線性穩(wěn)壓器可達(dá)到以下指標(biāo):輸出噪聲30μV,PSRR為60dB,靜態(tài)電流6μA,電壓降只有100mV。
    DC-DC的意思是直流變(到)直流(不同直流電源值的轉(zhuǎn)換),只要符合這個(gè)定義都可以叫DC-DC轉(zhuǎn)換器,包括LDO。但是一般的說(shuō)法是把直流變(到)直流由開(kāi)關(guān)方式實(shí)現(xiàn)的器件叫DC-DC。
    LDO線性穩(wěn)壓器的性能之所以能夠達(dá)到這個(gè)水平,主要原因在于其中的調(diào)整管是用P溝道MOSFET,而普通的線性穩(wěn)壓器是使用PNP晶體管。
    P溝道MOSFET是電壓驅(qū)動(dòng)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(jìn)入飽和狀態(tài)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(dǎo)通電阻的乘積。由於MOSFET的導(dǎo)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(wěn)壓器,可達(dá)到很高的效率。
    如果輸入電壓和輸出電壓不是很接近,就要考慮用開(kāi)關(guān)型的DC-DC了,應(yīng)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(zhuǎn)換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是效率高、可以輸出大電流、靜態(tài)電流小。隨著集成度的提高,許多新型DC-DC轉(zhuǎn)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(dòng)和開(kāi)關(guān)噪音較大、成本相對(duì)較高。
    總之,升壓是一定要選DC-DC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 DCDC
    LDO主要由調(diào)整管(工作在線性區(qū),一般是晶體管或MOSFET)和放大器構(gòu)成。可調(diào)輸出LDO一般由外圍的兩個(gè)電阻來(lái)控制輸出電壓,但精度會(huì)受到電阻精度的影響,理論計(jì)算后還需要實(shí)測(cè)來(lái)調(diào)整。如果想要獲得高精度的輸出電壓,盡量選擇固定輸出的LDO。
    需要關(guān)注的LDO參數(shù):
    1. 壓差(Dropout),有些芯片對(duì)Vin和Vout的差值會(huì)有要求,如果不滿足會(huì)導(dǎo)致輸出電壓不滿足要求。(在Vin和Vout差值較小時(shí),應(yīng)選擇低壓差的LDO)
    2. 輸入電壓、輸出電壓和輸出電流的范圍。2. 線性調(diào)整率,輸入電壓變化時(shí)對(duì)輸出電壓造成的影響。
    3. 負(fù)載調(diào)整率,負(fù)載變化導(dǎo)致負(fù)載電流變化時(shí),輸出電壓的變化量。
    4. 溫度,由于LDO會(huì)產(chǎn)生熱量,所以需要考慮結(jié)溫。
    在Vref引腳增加濾波電容,還可以進(jìn)一步減小噪聲和紋波。
    DCDC主要由調(diào)整管(工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),一般是MOSFET)和二極管、電感電容電阻組成。DCDC的工作原理是通過(guò)控制MOSFET的導(dǎo)通和截止的時(shí)間比率,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的配置。
    其中,導(dǎo)通和截止的時(shí)間比率一般由PWM(最常用)、PFM、混合式的調(diào)制方法。PWM是脈沖寬度調(diào)制,開(kāi)關(guān)頻率恒定,調(diào)節(jié)脈沖的占空比;PFM是脈沖頻率調(diào)制,調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的頻率。
    PFM在輕載狀態(tài)下效率高,但是紋波和噪聲相對(duì)于PWM較大。目前市場(chǎng)上也有PFM和PWM混合方式,集合兩者的優(yōu)點(diǎn)。
    紋波電壓大的原因:電感具有儲(chǔ)能作用,在電路中隨著MOS管開(kāi)關(guān)有充電和放電過(guò)程,導(dǎo)致電流也是出現(xiàn)波動(dòng)過(guò)程(電路分析中通常為三角波)。
    這個(gè)波動(dòng)電流會(huì)在輸出端等效電阻(輸出電容的ESR和負(fù)載Rload)上形成紋波電壓。因此,如果想紋波電壓小,需要做好MOS管、輸出電容(最主要的因素)、電感的選型工作。
    LDO與DCDC的區(qū)別:
    1. LDO的輸出電流一般較小,需要考慮后級(jí)電路供電需求。DCDC支持大輸出電流。(與電路工作原理有關(guān))
    2. LDO的壓降落在調(diào)整管上導(dǎo)致功耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?。?dāng)功耗較大的時(shí)候,需要考慮散熱問(wèn)題(一般LDO會(huì)有底部散熱焊盤(pán),需要打過(guò)孔到GND)。DCDC電路中MOS管只承擔(dān)開(kāi)關(guān)作用,基本無(wú)壓降,但存在開(kāi)關(guān)損耗,相對(duì)于LDO來(lái)說(shuō),功耗低,因此基本無(wú)需考慮散熱問(wèn)題。
    3. LDO本身并不能保證上電時(shí)序,而DCDC本身存在一定延時(shí),能保證輸出相對(duì)于輸入的延時(shí)。
    4. LDO的紋波較小,尤其是對(duì)低頻噪聲有較強(qiáng)的抑制。DCDC中由于紋波電流和ESR的作用,會(huì)存在較大的紋波電壓。
    5. LDO的成本低,外圍電路器件少,應(yīng)用簡(jiǎn)單。DCDC電路通常外圍還需要增加MOS管和電感(有些集成的芯片無(wú)需外加mos管),增加了電路復(fù)雜度、成本和PCB面積。
    6. LDO只有降壓,DCDC有多種類別可選擇。
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