LDO線性穩(wěn)壓器與DC-DC轉(zhuǎn)換器的差異

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LDO線性穩(wěn)壓器與DC-DC轉(zhuǎn)換器的差異

DC-DC轉(zhuǎn)換的意思是直流變（到）直流（不同直流電源適配器值的轉(zhuǎn)換），只要符合這種轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器都可以叫DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括LDO線性穩(wěn)壓器。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（電路）叫DC-DC轉(zhuǎn)換器。
LDO是低壓降（低壓差）的意思，低壓降（LDO）線性穩(wěn)壓器的成本低、噪聲低、靜態(tài)電流小，這些是它的突出優(yōu)點(diǎn)。它需要的外接元件也很少，通常只需要一兩個旁路電容。一些LDO線性穩(wěn)壓器可達(dá)到以下指標(biāo)：輸出噪聲RMS值小于20μV，PSRR>60dB，靜態(tài)電流<10μA，電壓降只有55mV。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)整管是使用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。由于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，較好是選用LDO線性穩(wěn)壓器，可達(dá)到很高的效率。例如，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線性穩(wěn)壓器。雖說電池的能量較后有10%沒有被使用，LDO線性穩(wěn)壓器仍然能夠保證電池的工作時間較長，同時噪聲較低。
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DC-DC轉(zhuǎn)換器了。因為從上面的原理可以知道，LDO線性穩(wěn)壓器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線性穩(wěn)壓器上能量太大，效率不高。
DC-DC轉(zhuǎn)換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路結(jié)構(gòu)形式。DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)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，這類電源適配器控制器的輸出脈動和開關(guān)噪聲較大，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適配器控制芯片的成本不斷降低，體積越來越小。由于出現(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DC-DC轉(zhuǎn)換器，降壓是選擇DC-DC轉(zhuǎn)換器還是LDO線性穩(wěn)壓器，要在成本、效率、噪聲和性能上進(jìn)行比較。
LDO線性穩(wěn)壓器與DC-DC轉(zhuǎn)換器比較如下：
（1）從效率上說，DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率普遍要遠(yuǎn)高于LDO線性穩(wěn)壓器，這是其工作原理決定的。
（2）DC-DC轉(zhuǎn)換器有Boost、Buck、Boost-Buck等型，而LDO線性穩(wěn)壓器只有降壓型。
（3）DC-DC轉(zhuǎn)換器因為其開關(guān)頻率的原因?qū)е缕潆娫催m配器噪聲很大，遠(yuǎn)比LDO線性穩(wěn)壓器大得多，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，有可能就為保證電源適配器的純凈，要犧牲功率效率，而選擇LDO線性穩(wěn)壓器。
（4）通常LDO線性穩(wěn)壓器所需要的外圍器件簡單，占面積小；而DC-DC轉(zhuǎn)換器一般都會要求電感、二極管、大電容，有的還會要MOSFET，特別是Boost電路，需要考慮電感的較大工作電流、二極管的反向恢復(fù)時間、大電容的ESR等，所以從外圍器件的選擇來說比LDO線性穩(wěn)壓器復(fù)雜，而且所占面積也相應(yīng)地會大很多。
現(xiàn)代電子產(chǎn)品通常是一個模數(shù)混合系統(tǒng)，模擬電路是其不可缺少的部分。數(shù)字電路通常可以采用開關(guān)電源適配器供電。模擬電路可以與數(shù)字電路共用一個電源適配器，但模擬電路如果直接采用開關(guān)電源適配器供電，特別是模擬前端小信號檢測和放大電路，開關(guān)穩(wěn)壓器輸出的噪聲電壓，將會對模擬電路造成不能容忍的干擾。模擬電路需要采用單獨(dú)供電，需要為模數(shù)混合系統(tǒng)中的模擬電路設(shè)計一個供電電路。
在測試與測量、醫(yī)療設(shè)備、通信設(shè)備、基站等噪聲敏感型應(yīng)用中，為保持信號精確度和完整性而言，要求一種內(nèi)部噪聲低且能夠抑制電源適配器噪聲的電源適配器。低噪聲電源適配器用于驅(qū)動信號鏈，包括模擬前端、放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、時鐘、抖動消除器、PLL及眾多其他器件。
低噪聲電源適配器解決方案設(shè)計過程中需要考慮一些標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)，包括選擇線性穩(wěn)壓器所需的一些重要規(guī)范。

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| 發(fā)布時間：2019.06.18 來源：電源適配器廠家

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