常用稳压电源---DCDC和LDO

2023-11-01 00:50
文章标签 常用 ldo dcdc 稳压电源

本文主要是介绍常用稳压电源---DCDC和LDO,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

最近在工作常用到DCDC和LDO,需要仔细研究下。

1. LDO的定义和原理

1.1 LDO简介

LDO即Low Dropout Regulator,是一种低压差线性稳压器。这是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器的芯片都要求输入电压要比输出电压至少高出2V~3V,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,输入与输出之间的压差只有1.7V,显然这是不满足传统线性稳压器的工作条件的。针对这种情况,就出现了LDO类的电压转换芯片。例如常见的AMS1117(如下图),输入输出的最小压差就是1.2V,也就是若需要AMS1117输出3.3V的电压至少要大于4.5V,否则不能稳定输出3.3V电压。

AMS1117
AMS1117

 低压差线性稳压器仅使用在降压应用中,也就是输出电压必须小于输入电压。它的优点是稳定性好,负载响应快,输出纹波小。缺点是效率低,输入输出的电压不能太大,负载不能太大(输出功率不大)。

1.2 LDO的原理

LDO的内部相当于一个滑动变阻器,当芯片输出电压高于设定值时,会增大滑动变阻器的值,当芯片输出电压低于设定值时,会减小滑动变阻器的值。既然它内部是滑动变阻器,那注定LDO的发热量比较大,至少比DCDC芯片发热量大,因为DCDC的内部是一个开关。

LDO原理
LDO的原理

 所以使用LDO时需要注意它的发热量的影响。LDO内部相当是一个滑动变阻器,输入输出之间压差损耗全部被电阻转化成热能给消耗了,所以LDO工作时当然会发热。芯片的功耗时U*I=(U_{out}-U_{in})*I_{out}。比如一个LDO芯片的输入12V,输出5V/1A,那么此时芯片的功耗是(12V - 5V)*1A=7W。单看数据可能不会意识到这个功耗的大小,通过小型电烙铁直观的对比一下就知道它了(此图只是举例哈)。当一般芯片温度小于60℃时是安全的,到90~120℃就处于危险状态,到达120℃就可能会损坏(除非专门耐高温的芯片)。

 2. DCDC的定义和原理

2.1 DCDC的简介

DCDC是一种小型化的电源开关模块,由半导体开关、整流二极管、平滑滤波电抗器和电容等基本元器件组成(如图所示)。日常最常见的用处就是将电源适配器12V转成3.3V(或者5V)给电路板供电。前面说到LDO在12V转成5V的过程中会将7W的压降功率全部给内部电阻发热,这样的电路板你敢用吗?因此在高压差的场景中我们就需要用DCDC开关稳压器。另外DCDC稳压还有效率高的优点,可高达95%。为啥DCDC的效率如此高呢,那就需要先了解一下它的原理。

DCDC稳压器构成的基本元器件

2.2 DCDC的原理 

DCDC的内部相当于一个开关(如图所示),当芯片输出电压高于设定值时,开关闭合的时间就短一点,当芯片输出电压低于设定值时,开关闭合的时间就长一点,也就是PWM脉冲宽度调制。

 DCDC的内部相当于一个开关,那么输入电压和输出电压之间就相当于一个开关隔开了,就不会自身发热了。

3. DCDC和LDO的对比

我们已经知道了开关电源的效率很高,一般都大于80%,好一点能到达95%,也就决定了DCDC负载能力较强。比如负载需要提供5V2A,也就是10W的功率。如果效率是80%,那么输入的功率至少是10W/80%=12.5W,如果输入电压是12V,那么输入电流大概需要12.5W/12V=1A的电流就可以了。

那么同样的活让LDO来干,会怎么样呢?

LDO的效率一般是40%左右(芯片手册中有写)。同样负载需要提供5V2A,也就是10W的功率,效率是40%,那么输入功率至少是10W/40%=25W,如果输入也是12V,那么输入电流应该是25W/12V=2A的电流。

那么LDO和DCDC适用的情况就一目了然了

DCDCLDO
适合高压差、大电流的场景适合低压差、小电流的场景
纹波大纹波小
效率高效率低
发热低发热高
电路复杂电路简单
静态功耗高静态功耗低

这篇关于常用稳压电源---DCDC和LDO的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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