最近在工作常用到DCDC和LDO,需要仔细研究下。
LDO即Low Dropout Regulator,是一种低压差线性稳压器。这是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器的芯片都要求输入电压要比输出电压至少高出2V~3V,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,输入与输出之间的压差只有1.7V,显然这是不满足传统线性稳压器的工作条件的。针对这种情况,就出现了LDO类的电压转换芯片。例如常见的AMS1117(如下图),输入输出的最小压差就是1.2V,也就是若需要AMS1117输出3.3V的电压至少要大于4.5V,否则不能稳定输出3.3V电压。
低压差线性稳压器仅使用在降压应用中,也就是输出电压必须小于输入电压。它的优点是稳定性好,负载响应快,输出纹波小。缺点是效率低,输入输出的电压不能太大,负载不能太大(输出功率不大)。
LDO的内部相当于一个滑动变阻器,当芯片输出电压高于设定值时,会增大滑动变阻器的值,当芯片输出电压低于设定值时,会减小滑动变阻器的值。既然它内部是滑动变阻器,那注定LDO的发热量比较大,至少比DCDC芯片发热量大,因为DCDC的内部是一个开关。
所以使用LDO时需要注意它的发热量的影响。LDO内部相当是一个滑动变阻器,输入输出之间压差损耗全部被电阻转化成热能给消耗了,所以LDO工作时当然会发热。芯片的功耗时。比如一个LDO芯片的输入12V,输出5V/1A,那么此时芯片的功耗是。单看数据可能不会意识到这个功耗的大小,通过小型电烙铁直观的对比一下就知道它了(此图只是举例哈)。当一般芯片温度小于60℃时是安全的,到90~120℃就处于危险状态,到达120℃就可能会损坏(除非专门耐高温的芯片)。
DCDC是一种小型化的电源开关模块,由半导体开关、整流二极管、平滑滤波电抗器和电容等基本元器件组成(如图所示)。日常最常见的用处就是将电源适配器12V转成3.3V(或者5V)给电路板供电。前面说到LDO在12V转成5V的过程中会将7W的压降功率全部给内部电阻发热,这样的电路板你敢用吗?因此在高压差的场景中我们就需要用DCDC开关稳压器。另外DCDC稳压还有效率高的优点,可高达95%。为啥DCDC的效率如此高呢,那就需要先了解一下它的原理。
DCDC的内部相当于一个开关(如图所示),当芯片输出电压高于设定值时,开关闭合的时间就短一点,当芯片输出电压低于设定值时,开关闭合的时间就长一点,也就是PWM脉冲宽度调制。
DCDC的内部相当于一个开关,那么输入电压和输出电压之间就相当于一个开关隔开了,就不会自身发热了。
我们已经知道了开关电源的效率很高,一般都大于80%,好一点能到达95%,也就决定了DCDC负载能力较强。比如负载需要提供5V2A,也就是10W的功率。如果效率是80%,那么输入的功率至少是,如果输入电压是12V,那么输入电流大概需要的电流就可以了。
那么同样的活让LDO来干,会怎么样呢?
LDO的效率一般是40%左右(芯片手册中有写)。同样负载需要提供5V2A,也就是10W的功率,效率是40%,那么输入功率至少是,如果输入也是12V,那么输入电流应该是的电流。
那么LDO和DCDC适用的情况就一目了然了
DCDC | LDO |
适合高压差、大电流的场景 | 适合低压差、小电流的场景 |
纹波大 | 纹波小 |
效率高 | 效率低 |
发热低 | 发热高 |
电路复杂 | 电路简单 |
静态功耗高 | 静态功耗低 |
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