电子 DIY 入门知识整理：电源芯片 LDO、DC-DC
在开始继续开始玩电子 DIY 之后，就逐渐转到自己制作 PCB 并且使用贴片元件代替模块来制作产品了。之前一直使用的分立元件，都是用杜邦线连接各个成品模块，在换成贴片元件之后，对这些元件的各种封装规格什么的完全是一脸迷糊。
前面一篇 《电子 DIY 入门知识整理：电阻、电容、电感》 介绍了电阻、电容、电感的介绍、封装和选型，这次继续来介绍电源相关的内容，主要是 LDO 和 DC-DC，分享给同样开始想使用贴片元件进行电子 DIY 的朋友们。
PS. 我作为一个新入门电子 DIY 玩家，以下都是从一个初学者的角度整理的，并且主要介绍我使用过，稍微了解一点的元件，如有错误还请指正。
前言
对于设计一个电子电路来说，可能三分之一工作内容都是在确定电源供应、电源对电路的干扰、电源的稳定性等相关的内容。
在接触过几款 Linux 开发板的原理图以及 PCB 设计后，大概总结了一下发现，其实这些开发板中相当一部分内容都是跟电源相关，例如对于电压会有 3.3V、2.5V、1.8V 等不同的需要，对于每一种电压，也会有不同的电流需求，有一些 SoC 甚至会对上电时序也有一定的要求，因此搞定电源的设计之后，一般 Linux 开发板三分之一的工作已经完成了。
当然对于简单的电路来说，基本上可以 AMS1117 3.3V 走天下，在一些特殊的场合再考虑使用 DC-DC 电路。
LDO 低压差稳压器
LDO 作为常见的电源器件在电子 DIY 还是很常用的，很多 MCU 或者芯片的工作电压都在 3.3V，如果使用 USB 或者电池供电，一般都会高于 3.3V，这个时候就可以使用 LDO 来作为降压芯片来给整个电路提供 3.3V 电源了。
LDO 代表低压差稳压器（Low-Dropout Regulator），是一种常见的电子元件，用于在电路中提供稳定的电压输出。它是一种线性稳压器，用于将高输入电压（通常比所需的输出电压高很多）降低到所需的稳定输出电压，同时保持较小的压差（dropout）。
LDO通常用于电子设备和电路中，以提供给敏感的集成电路或模拟电路所需的稳定电压。它们通过内部反馈机制来调整其输出电压，以抵消输入电压变化和负载变化对输出的影响，从而保持输出电压稳定。
特点
LDO 使用起来比较简单，不需要太多外围元器件，例如我在使用 AMS1117 时，通常直接输入输出各并联一个 10uF 电容完事，并且相对于 DC-DC 来说，LDO 输出电压的纹波会更小，对于电路的稳定性来说会有更好的表现。
但是 LDO 也有它受限的一些地方，主要以下几点：
LDO 的工作方式类似于内部有一个滑动电阻来调节输出电压，对于输入输出压差的部分会纯粹作为热量消耗掉，例如对于一个 LDO 输入 5V 输出 3.3V，工作电流在 1A 时，它自身消耗的功率就是
1.7 * 1 = 1.7W，这个热量是相当大的。由于上面的限制，一般 LDO 不会提供太大的电流输出能力，例如一般 SOT-223 封装的 AMS1117 最大电流输出能力都为 1A，如果封装是更小的尺寸，例如 SOT-23，那最大电流输出能力甚至可能只有 100mA，如果电路中需要更大的电流，这个时候再使用 LDO 就不太合适了。
一般来说，LDO 不能提供太低的电压，例如在设计 Linux 开发板时，有些 SoC 的内存部分会用到 0.9V 的电压，而一般 LDO 最低可以输出的电压都有 1V，因此这个需要就不太适合使用 LDO 了。
常见封装
LDO 常见的封装有以下几种，主要区别就是尺寸不一样，另外除了以下几种，还有 SOT-23-5 封装的型号，通常会额外带有一个 EN 引脚，用来开启或者关闭 LDO。
SOT-223
SOT-89
SOT-23
选型
对于 LDO 可以从以下几个方面去选择哪个型号来使用。
封装
SOT-223、SOT-89、SOT-23 几种封装的大小都不太一样，在实际进行 PCB 设计时，需要根据 PCB 的尺寸来选择对应的型号，如果 PCB 本身尺寸比较小，选择 SOT-223 就不太合适了。
但是如果是手工焊接，像 SOT-23 这种小尺寸又比较难以焊接了，因此需要根据实际情况选择，我现在常用 SOT-89，尺寸小一点的同时也便于焊接。
输入输出电压
LDO 选型最重要的一个参数主是输入输出电压了，例如我们所使用的 MCU 是使用 3.3V 供电电压的，那就需要使用输出电压为 3.3V 的 LDO，例如常见的 AMS1117-3.3。
另外对于输入电压也需要关注，如果电路是使用 USB 供电，那么一般都不会超过限制电压，大部分 LDO 都能承受 6V 或以上的输入电压，完全可以应付 USB 的 5V 供电。
但是如果电路中会出现高电压输入，例如在做 DIY USB 电流表时，因为电源输入方式为 USB PD，可能最高有 20V 的输入电压，这时就需要选择输入电压可以最高 20V 的型号。
最大输出电流
根据电路整体功耗的不同，我们可以选择不同的最大输出电流的 LDO。一般来说，输出电压为 3.3V，封装为 SOT-223、SOT-89 的 LDO 都可以输出 1A 的电流，而对于 SOT-23 封装的 LDO 来说，输出电流可能就只有 100mA 了。
在 DIY USB 电流表项目中，就使用了 SOT-23 封装的 LDO，这是因为它后级的负载只有 MCU 和 OLED 屏幕，整体电流消耗只有 5mA 左右，LDO 电流输出能力即使只有 100mA 也完全足够使用了。
常用型号
一般来说我对 LDO 并不会太关注具体型号，对于 SOT-223 和 SOT-89 封装的 LDO 来说，一般直接搜索 AMS1117，再根据封装筛选即可，对于 SOT-23 封装的 LDO，一般也是搜索 LDO，再筛选封装。
典型应用
在 《30 元 DIY 一个柔性灯丝氛围灯》 项目中，我就使用了一个 SOT-89 封装的 AMS1117 来给触摸芯片供应，原理图非常简单。
将输入接到 VIN，输出就是 3.3V，输入输出各并联一个 10uF 的电容来滤波。
PCB 布线也很简单，电源走线尽量都从电容进电容出就可以了。
更多阅读
可以参考以下文章来关注 LDO 选型中其他参数的注意事项，例如噪声抑制比、静态电流等。
https://www.richtek.com/selection-guide/cn/selection-ldo-criteria.html
DC-DC 直流-直流转换器
相比 LDO，DC-DC 的使用上就要复杂不少，配套的外围元件也要多很多。
DC-DC 代表直流-直流转换器（DC-to-DC converter），是一种电子设备或电路，用于将一个直流电源的电压转换为另一个直流电压级别。它被广泛用于电子设备中，以提供适合不同电路和组件的电压水平。
DC-DC转换器的工作原理是通过电子元件（如电感、电容和晶体管）来转换输入电源的电压。根据不同的转换方式和拓扑结构，DC-DC转换器可以实现升压（Boost）、降压（Buck）、升降压（Buck-Boost）等不同的输出电压变换。
但是相对而言，DC-DC 可以提供更高的电流输出能力，并且因为实际电压转换过程中，不会有太多的能量被消耗变成热量散失，效率比 LDO 要高很多，一般情况下 DC-DC 的转换效率可以达到 90% 以上。
例如同样在 5V 转 3.3V 输出电流为 1A 的场合中，DC-DC 如果转换效率为 90% 的话，可以认为只有 0.37W 的功率被消耗掉了，但是同时 LDO 会有 1.7W 被变成热量消耗掉。
但是 DC-DC 的使用上也比 LDO 复杂不少，外围元件的选型也涉及到很多参数，需要根据具体情况来确定，例如电感、电容等。
常见封装
对于电子 DIY 中的小功率电路来说，一般常用的 DC-DC 封装都会是 SOT-23-5、SOP-8 这种尺寸的，一般输出电流能力也可以到达 1A 或者更高，对于 QFN 封装的 DC-DC 来说，更多是会提供多路输出，如果电路中只有一种电压需求，一般也不太用得到。
SOT-23-5、SOT-23-6
SOP-8
QFN
选型
DC-DC 芯片的选型，一般可以从功能类型、输入电压、输出电压、输出能力、通道数量等方面考虑。
功能类型
DC-DC 我最常用的是降压型芯片，即它只能把高电压降低到低电压，而不能将低电压升高到高电压，在大多数场合中，基本上都是使用降压型 DC-DC 芯片就可以了，现在大多数芯片都工作在 3.3V 甚至更低的 1.8V、0.9V，而在使用电池供电或者 USB 供电的系统中，电池电压 3.7V，USB 电压 5V，都只需要降压即可完成需求。
输入电压、输出电压
同样拿之前做的 DIY USB 电流表为例，在使用 DC-DC 供电时，一样需要考虑 DC-DC 芯片所能承受的最大输入电压。
另外，对于 DC-DC 芯片来说，它的输出电压一般是可调的，可以通过调整反馈电阻的阻值比例来调整最终输出电压大小，但是这个输出电压大小也是有范围的，在选择一个 DC-DC 芯片之前，需要明确我们需要的电压在它的输出范围之内，例如很多 DDR 内存需要 0.9V 的电压，这个时候如果 DC-DC 芯片不能输出这个电压就选择其他芯片了。
最大电流输出能力
和 LDO 一样，在选择 DC-DC 芯片时也需要注意它的最大电流输出能力，像我经常使用的 SY8088AAC，它的最大电流输出能力可以到达 1A，但是对于同样 SOT-23-5 封装的其他 DC-DC 芯片来说，最大电流输出能力可能就没有这么大了，需要根据实际电路的电流使用情况去选择合适的型号。
不过这个一般也不太会成为瓶颈，像常见的 ARM SoC 例如 V3S 可能峰值功耗也不会超过 500mA，大多数 DC-DC 芯片还是能满足的。
通道数量
这个通过会在设计 Linux 开发板的时候需要考虑到，或者是综合了多种芯片的电路上需要考虑，例如在复刻 Miyoo 游戏机时，就发现 F1C200S 这颗 SoC 会同时使用到 3.3V、2.5V、1.2V 三种电压，在立创开源平台上，我复刻的工程作者是使用了三颗 SY8088AAC 来完成三种电压的降压输出，如果使用一颗有三通道输出的 DC-DC 芯片可能会更节省 PCB 面积。
常用型号
对于单路 SOT-23-5 封装的 DC-DC 芯片，之前经常使用的是 SY8088AAC，并且对于这个封装，有很多替代型号，并且是 Pin to Pin 对应，可以直接替换使用。
对于多路输出 DC-DC 芯片，我常用的是 EA3036 以及 EA3059 两款，分别对应 3 路输出和 4 路输出，当然在使用时也需要注意这两颗芯片的总功率输出有一定的限制，例如每一路限制最大 2A 以及总功率不超过 10W 等。
DC-DC 应用
原理图和布线
DC-DC 电路一般都可以直接参考数据手册中的典型应用来画原理图，并且有些芯片还会提供布线建议，例如电感靠近芯片的 FB 引脚等。
外围元件选型
DC-DC 电路一般都需要配备分压反馈电阻、电感等外围元件，其中分压反馈电阻决定了 DC-DC 输出的电压是多少，通常数据手册会给出一些典型应用的值，例如输出 3.3V、2.5V 时分压电阻的取值是多少。
另外对于电感，数据手册一般会给出建议取值，并且会有公式来计算，在不同负载以及不同峰值电流的情况下，电感该如何取值。
典型应用
在 DIY USB 电流表项目中，我就使用一个具备高输入耐压值的 DC-DC 芯片 LGS5145，输入电压最高可达 55V，足够 PD 2.0 20V 最大输入电压使用。
在 LGS5145 的数据手册中就提供了典型应用的拓扑图，直接根据拓扑图画出原理图再布线就可以完成使用了。
原理图基本就是照搬了拓扑图，只不过这里的 Rf 因为手上没有 30K 的电阻，选择了 10K + 20K 串联。可以看到 DC-DC 的应用相比 LDO 还是要复杂不少。
转换到 PCB 后，就可以根据一些 DC-DC 布线建议完成布线来使用了。
相比 LDO，DC-DC 一般占用的面积会要大上不少。
更多阅读
当然，DC-DC 选型还需要考虑是否为同步压降、开关频率、转换效率等其他参数，不过对于一般的 DIY 项目来说，暂时可以不用考虑这些，更多其他参数可以参考网络上其他文章来理解。
https://www.eet-china.com/mp/a37086.html
https://zhuanlan.zhihu.com/p/610791956
https://www.cnblogs.com/yuanqiangfei/p/17285840.html
小结
电源是电子 DIY 中非常重要的一环，理解和搞定电源可能就搞了三分之一的工作。另外电源一样会面临各种问题，例如纹波过大、突发负载引起压降、电感发热等问题，这个就可以在 DIY 中过程中慢慢学习了 😃。
电子 DIY 入门知识系列
参考资料
https://xujiwei.com/blog/2024/03/diy101-ric/
https://item.szlcsc.com/5967328.html
https://item.szlcsc.com/5706251.html
https://item.szlcsc.com/324036.html
https://www.richtek.com/selection-guide/cn/selection-ldo-criteria.html
https://item.szlcsc.com/80451.html
https://item.szlcsc.com/6136478.html