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DC-DC开关电源与线性稳压电源LDO

妮mo 达尔闻说 2021-01-17

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我们平时接触的电源一般是系统电源,使用电源管理芯片及外围电路输出合适的电压以满足系统的要求。如何选择适合的电源管理芯片成为我们第一步要解决的问题。

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电源管理芯片大的分类主要有线性电源和开关电源,其中线性电源主要使用LDO电源,开关电源就是我们通常说的DC-DC电源。DC-DC开关电源又分为降压、升压、降压/升压、反相这几类。如何从这么多类型中选择一个正确的呢?

接下来通过2个案例来辅助大家快速理解。
需求一:当所需的输出电压与输入电压比较接近时的降压需求
优选LDO。LDO,low dropout regulator,中文是低压差线性稳压器,划重点低压差,也就是说如果输入电压和输出电压很接近,最好是选用LDO,可达到很高的效率,注意LDO只能是降压但如果压降太大,耗在LDO上能量太大,效率有折损,并且发热,板卡温度升高导致系统前后级电路温度存在漂移等等。
虽然需要的外接元件很少、成本比较低,LDO仍然具有噪音低、静态电流小等优点。在使用LDO时,通过要注意以下几点:
1、压差(Uin-Uout),是LDO芯片的重要参数它表示输入与输出之间的电位差,LDO芯片的压差越小越好。但是当输入电压不能满足“最小压差”的要求时,LDO芯片就无法正常工作。
2、最大输出电流,是LDO的一个基本参数通常,输出电流越大,LDO的价格越高。LDO必须能在最不利的工作条件下给负载提供足够的电流。
3、输入电压要求,必须大于额定输出电压与输入一输出压差之和,即Uin>Uout+△U否则LDO芯片将失去稳压功能,输出电压会随输入电压而改变。
4、输入电源类型输入电源有两种类型,一种是直流电源,另一种是交流电源。采用交流电时,首先要经过电源变压器和整流滤波器变成脉动直流电,然后给LDO提供输入电压。
5、静态电流,是指在空载条件下或关断输出时,LDO芯片内部流向地的总电流。静态电流越小,稳压器的功耗越低,在某些应用中,经常选择待机模式将输出关断,此时电池的使用寿命就取决于静态电流的大小。
这里就有一个疑问,DC-DC开关电源也有降压型,怎么不选呢?妮姐上面了是优选,DC-DC也有适合的降压芯片,但是DC-DC的噪声比较大,在成本上也会高于LDO,所以说优选LDO。
LDO电源芯片典型电路
➢ 需求二:一个需要压差比较大的升压电源系统
那必须是DC-DC开关电源。DC-DC开关电源升压电路,也叫BOOST电路,就是将一个较低的直流电压通过电路变换升到较高的直流电压。在我们使用的手机、相机、便携设备等等都会用到DC-DC开关电源。
开关电源顾名思义就是通过控制晶体管的导通截止来转换电压,由于部分时间工作在截止状态,功耗比较小,发热也比较小。所以相较与线性电源模块而言,效率比较高,发热也没有那么厉害。

DC-DC开关电源的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随着集成度的提高,许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是,这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。
当然上面2个只是非常基础的应用场景,电源系列的复杂性比较高,涉及的知识面也非常广泛。电源核心的设计思维是:考虑需求➜ 设计电源结构➜选用什么供电器件的结构(线性稳压电源,降压DCDC,升压DCDC,等等),最后选择供电的电源芯是围绕电源效率,电源稳定性,热设计,电源输入要求等等上的事情。
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