LDODCDC基础知识

LDO/DCDC基础知识•LDO是lowdropoutregulator，意为低压差线性稳压器。LDO的基本电路如右图所示，该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A、基准电压源Uref组成。取样电压加在比较器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。LDO的原理线性稳压器的作用相当于一个可控制的可变电阻，通过改变与负载之间的电阻比例来调整输出电压，使输出电压保持稳定R1相当于调整管的导通电阻Rdson，对MOSFET来说可以由栅源驱动电压来控制，对三极管来说是控制基极电流实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功，比如负载短路保护、过压保护、过热保护、反接保护等，而且串联调整管现在大部分都采用MOSFET,从而使Dropout电压更低。LDO的原理•1．输出电压(OutputVoltage)输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数之一，也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便，而且由于输出电压是经过厂家精密调整的，所以稳压器精度很高。但是其设定的输出电压数值均为常用电压值，不可能满足所有的应用要求，但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。•2．最大输出电流(MaximumOutputCurrent)用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。LDO的参数•3．输入输出电压差(DropoutVoltage)输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。该电压差就是在负载电流一定的条件下，输入电压和输出电压的差值，在保证输出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。比如，RICHTEK的RT9193的Dropout电压为：220mV@300mA4．接地电流(GroundPinCurrent)接地电流是指串联调整管输出电流为零时，输入电源提供的稳压器工作电流。该电流也称为静态电流(QuiescentCurrent)，常用Ignd或Iq表示，该值一般为uA级别。通常较理想的低压差稳压器的接地电流很小。LDO的参数•5．负载调整率(LoadRegulation)负载调整率可以通过右图和右式来定义：△Vload—负载调整率Imax—LDO最大输出电流Vt—输出电流为Imax时，LDO的输出电压Vo—输出电流为0.1mA时，LDO的输出电压△V—Vo和Vt的差值电压该指标反映的是负载电流的变化对输出电压的影响，该值越小，说明LDO抑制负载干扰的能力越强，LDO的性能越好。LDO的参数•6．线性调整率(LineRegulation)线性调整率可以通过右图和右式来定义，△Vline—LDO线性调整率Vo—LDO名义输入电压Vmax—LDO最大输入电压△V—LDO输入电压分别为Vo和Vmax时，输出电压的差值该指标反映的是输入电压变化对输出电压的影响，该值越小，输入电压变化对输出电压影响越小，LDO的性能越好。LDO的参数•7、PSRR纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分PSRR，是PowerSupplyRippleRejectionRatio的缩写，中文含意为“电源纹波抑制比”，定义为LDO输入电压变化量(以伏为单位)与输出变化量(以伏为单位)的比值,基本计算公式为：PSRR=20log[Ripple(out)/Ripple(in)]PSRR的单位为分贝(dB)，采用对数比值。PSRR是反应LDO输出对输入纹波抑制能力的一个交流参数，该值越小越好。LDO的参数•8、NOISE噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，其频率分布比较广，LDO的输出噪声很大一部分来自其基准电压，为了降低LDO的输出噪声，基准电压上一般接一个BYPASS电容，增大该电容，可以减小LDO的输出噪声，但会使LDO输出电压的上升速度变慢，使用是请注意。噪声一般为在10Hz至100kHz频率范围内一定输入电压下其输出噪声电压的均方值，单位是μVRMS。LDO的参数•9、转换效率忽略静态电流（Iq），LDO的效率可用下式计算得出：LDO的参数•10、功耗LDO的功耗可以用下式计算：Pldo=（Vin-Vout）*Iout+Vin*Iq由静态电流引起的功耗很小，一般可以忽略不计。LDO的功耗不能超过该LDO封装的最大功耗。某器件封装的最大功耗可以由下式计算得出：PD(MAX)=(TJ(MAX)−TA)/θJATJ(MAX)：该封装的最大连续结温TA：环境温度θJA：结点到环境的热阻,单位是°C/W下面是两个常用封装的最大功耗：PD(MAX)=(125°C−25°C)/(333°C/W)=300mW(SC-70-5)PD(MAX)=(125°C−25°C)/(250°C/W)=400mW(SOT-23-5)LDO的参数•11、输入输出电容LDO需要增加外部输入和输出电容器，除滤波作用外，输出电容器的等效串联电阻(ESR)会影响LDO的稳定性。具有较低ESR(10mΩ量级)的陶瓷电容通常是输入输出电容的首选，因为它们价格低而且故障模式是断路，相比之下钽电容比较昂贵且其故障模式是短路。一般建议使用X5R或X7R的1uF电容。LDO的参数基带部分LDO的选择主要考虑的参数是：输入输出电压范围、最大输出电流、Dropout电压、封装及功耗、转换效率等。射频部分的LDO还需要考虑输出噪声及电源波纹抑止比(PSRR)，尽量选用输出噪声低，PSRR值高的产品。LDO的选择要素•DC-DC的原理DC/DC是开关电源芯片。开关电源，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比D（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。开关电源可以用于升压和降压。我们常用的DC-DC产品有三种类型，分别为BUCK、BOOST和BUCK/BOOST型。DC-DC的原理•1、BUCKBUCK型DC-DC主要用于降压，其原理如右图，当开关管Q1打开时，Vin通过L1给负载供电，L1中储藏电能，当Q1闭合时，在L1内上会感应出反向的电动势，极性是左负右正，此时电感通过二极管D1给负载供电。输出的电压跟占空比D有关：Vout=Vin*D该电路中由于频繁开关作用，所以要求二极管D1具有极高的回复速度，考虑到效率，该二极管还要具有低的正向导通电压，一般选用肖特基二极管。D1L1Q1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-DC-DC的原理同步整流技术同步整流是采用动态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC／DC变换器的效率。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系，其导通电阻极小。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。DC-DC的原理L1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-M1M2•2、BOOSTBOOST型DC-DC主要用于升压电路，其原理如右图，当开关管Q1闭合时，二极管D1截止，电流流经电感L1和开关管Q1，此时电容Cout给负载供电，当开关管Q1断开时，L1上产生反向的电动势，极性是左负右正，此时Vin和L1上的电动势叠加通过二极管给负载供电，同时给Cout充电。输出的电压同样跟占空比D有关：Vout=Vin/(1-D)D1L1Q1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-DC-DC的原理•3、BUCK/BOOSTBUCK/BOOST型DC-DC既可用于降压，也可用于升压，其原理如右图所示，该类型电压输出Vout=Vin*D/(1-D)D1L1Q1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-Q2D1DC-DC的原理•1、两者的效率不同,DCDC的效率一般要高于LDO,这是其工作原理决定的；•2、DCDC有Boost、Buck、Boost/Buck，而LDO只有降压型；•3、DCDC存在开关噪声和EMI问题，而LDO一般不会存在该问题；•4、LDO设计简单，只需一个输入和一个输出电容，外围元器件少，所占PCB的面积较小，而DCDC一般需要电感、二极管等，设计较复杂，所占PCB的面积较大；LDO和DCDC的区别•5、DCDC可以输出较大的电流，而LDO输出电流较小；•6、DCDC比LDO要贵。LDO和DCDC的区别总的来说，升压一定要用DCDC，降压，是选择DCDC还是LDO，要在成本，效率，噪声和性能上进行比较。LDO和DCDC的区别谢谢！