开关型的DC-DC和LDO的区别

LDOLDO是lowdropoutregulator，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。LDO是一种线性稳压器，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。新的发展使用MOS功率晶体管，它能够提供最低的压降电压。使用功率MOS，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。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（TI的TPS78001达到Iq=0.5uA），电压降只有100mV(TI量产了号称0.1mV的LDO)。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，因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。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。由于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。LDO是一种微功耗的低压差线性稳压器，它通常具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比PSRR(PowerSupplyRejectionRatio)??LDO是新一代的集成电路稳压器，它与三端稳压器最大的不同点在于，LDO是一个自耗很低的微型片上系统（SoC）。它可用于电流主通道控制，芯片上集成了具有极低线上导通电阻的MOSFET，肖特基二极管、取样电阻和分压电阻等硬件电路，并具有过流保护、过温保护、精密基准源、差分放大器、延迟器等功能。PG是新一代LDO，具各输出状态自检、延迟安全供电功能，也可称之为PowerGood，即“电源好或电源稳定”。1.工作原理LDO低压差线性稳压器的结构主要包括启动电路、恒流源偏置单元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络和保护电路等。基本工作原理是这样的：系统加电，如果使能脚处于高电平时，电路开始启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电压快速建立，输出随着输入不断上升，当输出即将达到规定值时，由反馈网络得到的输出反馈电压也接近于基准电压值，此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了输出电压稳定在规定值上，同理如果输入电压变化或输出电流变化，这个闭环回路将使输出电压保持不变，即：Vout=(R1+R2)/R2×Vref实际的低压差线性稳压器还具有如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等其它的功能。如右图所示，该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。取样电压加在放大器A的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。当输出电压Uout降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相反，若输出电压Uout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。应当说明，实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能，比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等，而且串联调整管也可以采用MOSFET。2.生产厂家TOREX，SII，ROHM，RICOH，Diodes，Prisemi，Ame，TI，NS，Maxim，LTC，Intersil，Fairchild，Micrel，Natlinear，MPS，AATI，ACE，ADI等。3.四大要素1.压差Dropout=输入电压和输出电压之间的最小差值2.噪音Noise？？？3.电源抑制比（PSRR）？？电源抑制比(PowerSupplyRejectionRatio)：把电源的输入与输出看作独立的信号源，输入与输出的纹波比值即是PSRR，通常用对数形式表示，单位是dB。PSRR=20log{[ripple(in)/ripple(out)]}[1]对于高质量的D/A转换器,要求开关电路及运算放大器所用的电源电压发生变化时,对输出的电压影响极小.通常把满量程电压变化的百分烽与电源电压变化的百分数之比称为电源抑制比.电源抑制比可分为交流电源抑制比和直流电源抑制比,其具体意思如下.交流电源抑制比(ACPSR)先在标称电源电压(5V)的情况下,读取一个测量值,然后在电源电压上叠加一个频率为100HZ,有效值为200mV的信号,在相同的输入信号电平下,读取第二个测量值,按测量误差公式百分误差=(第二测量值‐第一测量值)/第一测量值计算的到百分比误差即位交流电源抑制比直流电源抑制比(DCPSR)先在标称电源电压(5V)的情况下,读一个测量值,然后使电源电压变化5%,在相同的输入信号电平下读取第二个测量值,按测量误差公式(同上题公式)计算得到的百分误差即为直流电源抑制比.电源抑制比功用和计算与其它的失衡量一样,参数规范中的电源抑制比也是针对运算放大器的输入而言的.这个参数反映了电源电压出现一定变化量时输入失衡电压相应产生多大的变化量.在规定为1V的电源电压改变量除以按微伏计的输入失衡电压量.输出电压误差的计算方法如同电压失衡与漂移的计算方法.外部电源的调整率会以电源抑制比的形式直接转变成运算放大器网络的输出误差.4.静态电流Iq=LDO所消耗的电流这是LDO的四大关键数据。产品设计师按产品负载对电性能的要求结合四大要素来选择LDO。在手机上用的LDO要求尽可能小的噪音（纹波），在没有RF的便携式产品需求静态电流小的LDO。5.工作条件Vin=Vdrop+Vout。且一般需要两个外接电容：Cin、Cout，一般采用钽电容或MLCC。6.应用LDO的应用非常简单，很多LDO仅需在输入端及输出端各接一颗电容即可稳定工作。在LDO的应用中需要考虑压差、静态电流、PSRR等重要参数。在以电池作为电源的系统中，应当选择压差尽量低的LDO，这样可以使电池更长时间为系统供电，比如NCP600，NCP629等等。静态电流Iq是Iquiescent的缩写，指芯片自身所消耗的电流。在一些低功耗应用中，应当尽量选择Iq小的LDO。一些工程师在设计低功耗系统时，仅考虑MCU本身消耗的电流，而忽略电源芯片上所消耗的电流，使整个系统的待机功耗不能达标，曾经见过有的工程师在低功耗系统中选用78L05为MCU提供电源，查阅数据手册可以得知78L05静态电流为1mA，不适合低功耗应用，应该选择NCP583等等。在射频、音频、ADC转换等应用系统中，PSRR（电源纹波抑制比）是一个很重要的参数，其体现了LDO的抗噪能力，PSRR值越高LDO输出纹波越低。下面列出了LDO的一些重要特性及应用方向。不同电压输出级别的应用领域电压输出级别应用领域1.25VARM9，FPGA、DSP等1.8VSDRAM，DDRRAM等2.5VMCU，DDRRAM等3.0VMCU，NorFlash，NandFlash，其他各种接口器件等LDO特性及应用方向特性应用方向超低纹波，高精度数据采集低压差电池供电低静态电流低功耗场合，如手持仪表电压监控嵌入系统电源管理复位控制工业控制多通道输出需要多路供电的嵌入式系统7.应用举例降压稳压器的高开关频率允许使用纤巧多层外部元件，并最大限度地减少了电路板空间。当MODE引脚设置为高，降压稳压器工作在强制PWM模式。当MODE引脚置低，降压稳压器工作在PWM模式下，当负载是围绕面值。当负载电流低于预定的阈值时，稳压器工作在省电模式（PSM提高轻负载效率）。DC-DC（开关稳压器）根据输入及输出电压形式的不同，包括：交流-交流(AC/AC)变换器：变频器、变压器交流-直流(AC/DC)变换器：整流器直流-交流(DC/AC)变换器：逆变器直流-直流(DC/DC)变换器：电压变换器、电流变换器DC-DC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DC-DC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DC-DC。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源（粗电），如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压（精电）。直流开关电源的核心是DC-DC转换器。因此直流开关电源的分类是依赖DC-DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的分类与DC-DC转换器的分类是基本相同的，DC-DC转换器的分类基本上就是直流开关电源的分类。直流DC-DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC-DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离式DC-DC转换器。隔离式DC-DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC-DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。双管DC-DC转换器有双管正激式（DoubleTransistorForwardConverter），双管反激式（DoubleTransistrFlybackConverter）、推挽式（Push-PullConverter）和半桥式（Half-BridgeConverter）四种。四管DC-DC转换器就是全桥DC-DC转换器（Full-BridgeConverter）。单管DC-DC转换器共有六种，即降压式（Buck）DC-DC转换器，升压式（Boost）DC-DC转换器、升压降压式（BuckBoost）DC-DC转换器、CukDC-DC转换器、ZetaDC-DC转换器和SEPICDC-DC转换器。在这六种单管DC-DC转换器中，Buck和Boost式DC-DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC-DC转换器是从中派生出来的。双管DC-DC转换器有双管串接的升压式（Buck-Boost）DC-DC转换器。四