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电源芯片选择DC/DC还是LDO？及怎样选择LDO芯片

2019-07-13 21:43发布

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关于DC/DC和LDO的选择技巧：

用在升压场合，当然只能用DC/DC，因为LDO是压降型，不能升压，当然DC/DC也能用于降压。

DC/DC

如果是用在压降比较大的情况下，选择DC/DC，因为其效率高，而LDO会因为压降大而自身损耗很大部分效率；
 DC/DC降压芯片：在降压过程中能量损耗比较小，芯片发热不明显。芯片封装比较小，能实现PWM数字控制。
DC/DC降压芯片如：TPS5430/31，TPS75003，MAX1599/61,TPS61040/41
LDO 如果压降比较小，选择LDO，因为其噪声低，电源干净，而且外围电路简单，成本低。 LDO线性降压芯片：原理相当于一个电阻分压来实现降压，能量损耗大，降下的电压转化成了热量，降压的压差和负载电流越大，芯片发热越明显。这类芯片的封装比较大，便于散热。 LDO线性降压芯片如：2596，L78系列等。其中：DC/DC:效率高，噪声大； 关于LDO电源
 
以前经常看见，说什么芯片是LDO的，以为是某一公司的名号。现在才知道，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。生产LDO芯片的公司很多，常见的有ALPHA, Linear(LT), Micrel, National semiconductor,TI等。
什么是 LDO（低压降）稳压器?
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。
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LDO VS DCDC
DCDC的意思是直流变（到）直流（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。
     LDO是低压降的意思，这有一段说明：低压降（LDO）线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，
这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压
器可达到以下指标：输出噪声30μV，PSRR为60dB，静态电流6μA，电压降只有100mV。LDO线性稳
压器的性能之所以能够达到这个水平，主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET，而普通的线
性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道MOSFET是电压驱动的，不需要电流，所以大大降低了器件本身消
耗的电流；另一方面，采用PNP晶体管的电路中，为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力
， 输入和输出之间的电压降不可以太低；而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻
的乘积。由於MOSFET的导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。
     如果输入电压和输出电压很接近，最好是选用LDO稳压器，可达到很高的效率。所以，在把锂离子电
池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最後有百分之十是没有使用
，LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。
     如果输入电压和输出电压不是很接近，就要考虑用开关型的DCDC了，应为从上面的原理可以知道，
LDO的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。
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。
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LDO体积小，干扰较小，当输入与输出电压差较大的化，转换效率低。
DC-DC好处就是转换效率高，可以大电流，但输出干扰较大，体积也相对较大。
LDO一般是指线性的稳压器--Low Drop Out, 而DC/DC则是线性式和开关式稳压器的总称.
如果你的输出电流不是很大(如3A以内), 而且输入输出压差也不大(如3.3V转2.5V等)就可以使用LDO的稳压器(优点是输出电压的ripple很小). 否则最好用开关式的稳压器, 如果是升压, 也只能用开关式稳压器(如果ripple控制不好,容易影响系统工作).
LDO的选择
当所设计的电路对分路电源有以下要求：
1． 高的噪音和纹波抑制；
2． 占用PCB板面积小，如手机等手持电子产品；
3． 电路电源不允许使用电感器，如手机；
4． 电源需要具有瞬时校准和输出状态自检功能；
5． 要求稳压器低压降，自身功耗低；
6． 要求线路成本低和方案简单；
此时，选用LDO是最恰当的选择，同时满足产品设计的各种要求

1.1 输入电压范围

   LDO的输入电压范围决定了最低的可用输入电源电压。指标可能提供宽的输入电压范围，最小的输入电压VIN必须大于VOUT+VDO。需要注意，这与器件Datasheet中所给出的输入电压最小值无关。
1.2 压差
   压差指保持电压稳定所需的输入电压和输出电压之间的最小差值。也就是说，LDO能够在输入电压降低时保持输出负载电压不变，直到输入电压接近输出电压加上压差，在这个点输出电压将“失去”稳定。压差应尽可能小，以使功耗最小，效率最高。当输出电压降低到低于标称值 100mV的电压时，通常被认为达到了这个压差。负载电流和结点温度会影响这个压差。最大压差值应在整个工作温度范围和负载电流条件下加以规定。

1.13         电源抑制比

   电源抑制比（PSR）用分贝表示，代表了LDO在宽的频范围（1kHz 至100kHz ）内对来自输入电源的纹波的抑制能力。在LDO中， PSR 可以用两个频段表征。频段1从直流到控制环路的单位增益频率，这时的PSR取决于稳压器的开环增益。频段2在单位增益频率之上，这时的 PSR不受反馈环路的影响， PSR取决于输出电压以及从输入到输出引脚的任何泄漏路径。选择一个适合的高值输出电容通常会改善后个频段的PSR 。为了获得最佳的电源抑制性能， PCB版图设计时必须考虑减小从输入到输出的泄漏，而且要有鲁棒性的接地性能。 LDO的重要参数之一就是电源纹波抑制比PSRR ( Power Supply Rejection Ratio )，影响输出电压或信号的因素除了除了电路本身之外，还有电源的作用。PSRR 是一个用来描述输出电压或信号受电源影响的量。PSRR 越大輸出信号受电源的影响越低。

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