在平時的學(xué)習(xí)中，我們都有接觸LDO和DC/DC這一類的電源產(chǎn)品，但作為學(xué)生的我們隊這些東西可能了解不夠深刻，在這里我給大家介紹一下DC/DC和LDO，并且對他們進(jìn)行詳細(xì)分析。

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　　DC-DC，其實內(nèi)部是先把DC直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟婋娫?a target="_blank">AC。通常是一種自激震蕩電路，所以外面需要電感等分立元件。

　　然后在輸出端再通過積分濾波，又回到DC電源。由于產(chǎn)生AC電源，所以可以很輕松的進(jìn)行升壓跟降壓。兩次轉(zhuǎn)換，必然會產(chǎn)生損耗，這就是大家都在努力研究的如何提高DC-DC效率的問題。

　　1.DCtoDC包括boost（升壓）、buck（降壓）、Boost/buck（升/降壓）和反相結(jié)構(gòu)，具有高效率、高輸出電流、低靜態(tài)電流等特點，隨著集成度的提高，許多新型DC-DC 轉(zhuǎn)換器的外圍電路僅需電感和濾波電容；但該類電源控制器的輸出紋波和開關(guān)噪聲較大、成本相對較高。

　　2.LDO：低壓差線性穩(wěn)壓器的突出優(yōu)點是具有最低的成本，最低的噪聲和最低的靜態(tài)電流。它的外圍器件也很少，通常只有一兩個旁路電容。新型LDO可達(dá)到以下指標(biāo)：30μV 輸出噪聲、60dB PSRR、6μA 靜態(tài)電流及100mV 的壓差。LDO 線性穩(wěn)壓器能夠?qū)崿F(xiàn)這些特性的主要原因在于內(nèi)部調(diào)整管采用了P 溝道場效應(yīng)管，而不是通常線性穩(wěn)壓器中的PNP 晶體管。P 溝道的場效應(yīng)管不需要基極電流驅(qū)動，所以大大降低了器件本身的電源電流；另一方面，在采用PNP 管的結(jié)構(gòu)中，為了防止PNP 晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)降低輸出能力，必須保證較大的輸入輸出壓差；而P 溝道場效應(yīng)管的壓差大致等于輸出電流與其導(dǎo)通電阻的乘積，極小的導(dǎo)通電阻使其壓差非常低。當(dāng)系統(tǒng)中輸入電壓和輸出電壓接近時， LDO 是最好的選擇，可達(dá)到很高的效率。所以在將鋰離子電池電壓轉(zhuǎn)換為3V 電壓的應(yīng)用中大多選用LDO，盡管電池最后放電能量的百分之十沒有使用，但是LDO 仍然能夠在低噪聲結(jié)構(gòu)中提供較長的電池壽命。

　　什么是 LDO

　　便攜電子設(shè)備不管是由交流市電經(jīng)過整流（或交流適配器）后供電，還是由蓄電池組供電，工作過程中，電源電壓都將在很大范圍內(nèi)變化。比如單體鋰離子電池充足電時的電壓為4.2V，放完電后的電壓為2.3V，變化范圍很大。各種整流器的輸出電壓不僅受市電電壓變化的影響，還受負(fù)載變化的影響。為了保證供電電壓穩(wěn)定不變，幾乎所有的電子設(shè)備都采用穩(wěn)壓器供電。小型精密電子設(shè)備還要求電源非常干凈（無紋波、無噪聲），以免影響電子設(shè)備正常工作。為了滿足精密電子設(shè)備的要求，應(yīng)在電源的輸入端加入線性穩(wěn)壓器，以保證電源電壓恒定和實現(xiàn)有源噪聲濾波［1］。

　　一．LDO的基本原理

　　低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）的基本電路如圖1-1所示，該電路由串聯(lián)調(diào)整管VT、取樣電阻R1和R2、比較放大器A組成。

　　圖1-1 低壓差線性穩(wěn)壓器基本電路

　　取樣電壓加在比較器A的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓Uref相比較，兩者的差值經(jīng)放大器A放大后，控制串聯(lián)調(diào)整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)輸出電壓Uout降低時，基準(zhǔn)電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅(qū)動電流增加，串聯(lián)調(diào)整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過所需要的設(shè)定值，比較放大器輸出的前驅(qū)動電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過程中，輸出電壓校正連續(xù)進(jìn)行，調(diào)整時間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應(yīng)速度的限制。

　　應(yīng)當(dāng)說明，實際的線性穩(wěn)壓器還應(yīng)當(dāng)具有許多其它的功能，比如負(fù)載短路保護(hù)、過壓關(guān)斷、過熱關(guān)斷、反接保護(hù)等，而且串聯(lián)調(diào)整管也可以采用MOSFET。

　　二．低壓差線性穩(wěn)壓器的主要參數(shù)

　　1．輸出電壓（Output Voltage）

　　輸出電壓是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)，也是電子設(shè)備設(shè)計者選用穩(wěn)壓器時首先應(yīng)考慮的參數(shù)。低壓差線性穩(wěn)壓器有固定輸出電壓和可調(diào)輸出電壓兩種類型。固定輸出電壓穩(wěn)壓器使用比較方便，而且由于輸出電壓是經(jīng)過廠家精密調(diào)整的，所以穩(wěn)壓器精度很高。但是其設(shè)定的輸出電壓數(shù)值均為常用電壓值，不可能滿足所有的應(yīng)用要求，但是外接元件數(shù)值的變化將影響穩(wěn)定精度。

　　2．最大輸出電流（Maximum Output Current）

　　用電設(shè)備的功率不同，要求穩(wěn)壓器輸出的最大電流也不相同。通常，輸出電流越大的穩(wěn)壓器成本越高。為了降低成本，在多只穩(wěn)壓器組成的供電系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)各部分所需的電流值選擇適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓器。

　　3．輸入輸出電壓差（Dropout Voltage）

　　輸入輸出電壓差是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)。在保證輸出電壓穩(wěn)定的條件下，該電壓壓差越低，線性穩(wěn)壓器的性能就越好。比如，5.0V的低壓差線性穩(wěn)壓器，只要輸入5.5V電壓，就能使輸出電壓穩(wěn)定在5.0V。

　　4．接地電流（Ground Pin Current）

　　接地電路IGND是指串聯(lián)調(diào)整管輸出電流為零時，輸入電源提供的穩(wěn)壓器工作電流。該電流有時也稱為靜態(tài)電流，但是采用PNP晶體管作串聯(lián)調(diào)整管元件時，這種習(xí)慣叫法是不正確的。通常較理想的低壓差穩(wěn)壓器的接地電流很小。

　　5．負(fù)載調(diào)整率（Load Regulation）

　　負(fù)載調(diào)整率可以通過圖2-1和式2-1來定義，LDO的負(fù)載調(diào)整率越小，說明LDO抑制負(fù)載干擾的能力越強。

　　圖2-1 Output Voltage&Output Current

　　（2-1）

　　式中

　　△Vload-負(fù)載調(diào)整率

　　Imax-LDO最大輸出電流

　　Vt-輸出電流為Imax時，LDO的輸出電壓

　　Vo-輸出電流為0.1mA時，LDO的輸出電壓

　　△V-負(fù)載電流分別為0.1mA和Imax時的輸出電壓之差

　　6．線性調(diào)整率（Line Regulation）

　　線性調(diào)整率可以通過圖2-2和式2-2來定義，LDO的線性調(diào)整率越小，輸入電壓變化對輸出電壓影響越小，LDO的性能越好。

　　圖2-2 Output Voltage&Input Voltage

　　（2-2）

　　式中

　　△Vline-LDO線性調(diào)整率

　　Vo-LDO名義輸出電壓

　　Vmax-LDO最大輸入電壓

　　△V-LDO輸入Vo到Vmax‘輸出電壓最大值和最小值之差

　　7．電源抑制比（PSSR）

　　LDO的輸入源往往許多干擾信號存在。PSRR反映了LDO對于這些干擾信號的抑制能力。

　　三．LDO的典型應(yīng)用

　　低壓差線性穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用如圖3-1所示。圖3-1（a）所示電路是一種最常見的AC/DC電源，交流電源電壓經(jīng)變壓器后，變換成所需要的電壓，該電壓經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟妷骸Ｔ谠撾娐分校蛪翰罹€性穩(wěn)壓器的作用是：在交流電源電壓或負(fù)載變化時穩(wěn)定輸出電壓，抑制紋波電壓，消除電源產(chǎn)生的交流噪聲。

　　各種蓄電池的工作電壓都在一定范圍內(nèi)變化。為了保證蓄電池組輸出恒定電壓，通常都應(yīng)當(dāng)在電池組輸出端接入低壓差線性穩(wěn)壓器，如圖3-1（b）所示。低壓差線性穩(wěn)壓器的功率較低，因此可以延長蓄電池的使用壽命。同時，由于低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓與輸入電壓接近，因此在蓄電池接近放電完畢時，仍可保證輸出電壓穩(wěn)定。

　　眾所周知，開關(guān)性穩(wěn)壓電源的效率很高，但輸出紋波電壓較高，噪聲較大，電壓調(diào)整率等性能也較差，特別是對模擬電路供電時，將產(chǎn)生較大的影響。在開關(guān)性穩(wěn)壓器輸出端接入低壓差線性穩(wěn)壓器，如圖2-3（c）所示，就可以實現(xiàn)有源濾波，而且也可大大提高輸出電壓的穩(wěn)壓精度，同時電源系統(tǒng)的效率也不會明顯降低。

　　在某些應(yīng)用中，比如無線電通信設(shè)備通常只有一足電池供電，但各部分電路常常采用互相隔離的不同電壓，因此必須由多只穩(wěn)壓器供電。為了節(jié)省共電池的電量，通常設(shè)備不工作時，都希望低壓差線性穩(wěn)壓器工作于睡眠狀態(tài)。為此，要求線性穩(wěn)壓器具有使能控制端。有單組蓄電池供電的多路輸出且具有通斷控制功能的供電系統(tǒng)如圖3-1（d）所示。

　　圖3-1 低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）典型應(yīng)用

　　應(yīng)當(dāng)可以這樣理解：DCDC的意思是直流變（到）直流（不同直流電源值的轉(zhuǎn)換），只要符合這個定義都可以叫DCDC轉(zhuǎn)換器，包括LDO。但是一般的說法是把直流變（到）直流由開關(guān)方式實現(xiàn)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(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。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(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。LDO線性穩(wěn)壓器的性能之所以能夠達(dá)到這個水平，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。所以，在把鋰離子電池電壓轉(zhuǎn)換為3V輸出電壓的應(yīng)用中大多選用LDO穩(wěn)壓器。雖說電池的能量最後有百分之十是沒有使用，LDO穩(wěn)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(guān)型的DCDC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和開關(guān)噪音較大、成本相對較高。

　　近幾年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)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(xiàn)了導(dǎo)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(yīng)用，可以使用成本低小型封裝。另外，如果開關(guān)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與DC/DC相比：

　　首先從效率上說，DC/DC的效率普遍要遠(yuǎn)高于LDO，這是其工作原理決定的。

　　其次，DC/DC有Boost，Buck，Boost/Buck，（有人把Charge Pump也歸為此類）。而LDO只有降壓型。

　　再次，也是很重要的一點，DC/DC因為其開關(guān)頻率的原因?qū)е缕潆娫丛肼暫艽螅h(yuǎn)比LDO大的多，大家可以關(guān)注PSRR這個參數(shù)。所以當(dāng)考慮到比較敏感的模擬電路時候，有可能就要犧牲效率為保證電源的純凈而選擇LDO.

　　還有，通常LDO所需要的外圍器件簡單，占面積小，而DC/DC一般都會要求電感，二極管，大電容，有的還會要MOSFET，特別是Boost電路，需要考慮電感的最大工作電流，二極管的反向恢復(fù)時間，大電容的ESR等等，所以從外圍器件的選擇來說比LDO復(fù)雜，而且占面積也相應(yīng)的會大很多.