:嵌入式一般是软硬件的结合,软件不用说从C语言到裸机再到RTOS,最后到Linux我们都应该学习,那么我们应该学习什么来做硬件呢?最关键的两点是电源和运输。如果我们玩好电源和运输,基本硬件会有什么大问题。当然,如果你不仅专门从事硬件,而且不需要太多的运输和放电,而且更多的是电源。毕竟,任何电路板都离不开电源。
今天就来说说大家常说的话。LDO和DC-DC到底是怎么回事!
一、什么是LDO?
LDO即Low Dropout Regulator,是一种差线性稳压器。这是相对于传统的是的。XX所有系列芯片都需要,否则就不能正常工作了。但在某些情况下,这种情况显然太苛刻了,比如5V转3.3V,输入输出之间的压差只有1.7V,显然,这不符合传统线性稳压器的工作条件。鉴于这种情况,芯片制造商开发了它LDO类电压转换芯片。
低压差常见的线性稳压器AMS1117
,输入输出的最小压差为1.2V,也就是说,如果你想用AMS1117输出3幅.3V如果电压,您的输入电压至少应大于4.5V,否则不能输出3.3V电压。另一个常见的LDO芯片7805,输入输出的最小压差为2V,也就是说,如果你想用LM7805
输出幅值为5V如果电压输入电压至少大于7V,否则不能输出5V电压。你说你会明白很多吗!
低压差线性稳压器的名称是,仅用于降压应用,即。:稳定性好,负载响应快,输出纹波小。: 效率低,输入输出的电压差不能太大,负载不能太大,,但要保证5A输出有很多限制。
LDO的原理
LDO其实线性稳压器的内部相当于一个,当芯片输出电压高于设定值时,滑动变阻器的值会增加,当芯片输出电压低于设定值时,滑动变阻器的值会减小,如下图所示
由于它的内部是滑动变阻器,它注定了,至少是比DC-DC由于芯片发热量大DC-DC内部是开关。
LDO为什么会发烧?
LDO线性稳压器它的内部其实就相当于一个,输入输出的压差损耗都被电阻转化为热能消耗,当然会变热。芯片的功耗:U*I=(Uout-Uin)*Iout
。假如我们使用降压芯片LM7805输入12V,输出5V/1A,那芯片的功耗就是(12V-5V)*1A=7W
。其实这个7W功率相当于小电烙铁。
当芯片温度小于60摄氏度时,在90到120摄氏度时处于危险状态,在120摄氏度时损坏。
二、什么是DC-DC?
DC-DC是一种新开发的小型化,它是采用微电子技术,把小型表面安装集成电路与微型电子元器件组装成一体而构成。有利于简化电源电路设计缩短研制周期,实现最佳指标,广泛应用于各类数字仪表和智能仪器中。这是百度百科的解释,听起来有点不清楚。
我们不仅会接触嵌入式开发LDO还会接触到电路DCDC开关稳压器。
你在哪里会遇到它?您的开发板肯定会连接电源,对吗?此电源通常是外部电源,适合12V对吧?
而且你的芯片一般是5V或者3.3V电源功能对吗?
那么你需要12吗?V电源装换成3.3V电压?在这个时候,你肯定会想到使用前面LDO芯片降压,对吧?
但是我们又说了LDO是低压差线性稳压器,12V转5V他们之间有7V压降,这种感觉有点不合适吗?如果是的话LDO,输入电流为1A,7W所有的压降功率都加热了内部电阻。你敢用电路板吗?
是的,如果你在这里思考,下面就好说了。这时,聪明的人类发明了它,所以你发现只要是在你的开发板上。
下面来看几张原理图:
你有没有想过为什么他们这么聪明?,仅仅因为发热量低吗?
是的,但此时其中一点,DC-DC稳压器的优点还不止这一点,还有一点就是DC-DC效率很高,高达95%。为什么?DC-DC热量低,效率高?我们来谈谈DC-DC芯片的原理。
DCDC的原理
开关稳压器的内部实际上是,当芯片输出电压高于设定值时,开关关闭时间较短,当芯片输出电压低于设定值时,开关关闭时间较长,即我所说的,这将涉及一个叫做参数的参数,如下图所示:
它的内部既然是一个开关那么输入电压和输出电压之间相当于一个开关隔开了,就不会自身发热了啊,对吧。既然是一个开关,我们使用MOS管道,那么它的效率高吗?所以不要死记概念,。
效率大比拼
开关电源的效率很高,一般大于80%,好一点的可以达到95%。怎么理解?
例如,我需要为我的负载提供5V2A,也就是10W如果效率为80%,输入功率至少为10W/80%=12.5W,如果我们的输入电压是12V,那么我的输入电流只需要12左右.5W/12V=1A电流可以。
换句话说,我只输入芯片1A它能驱动2的电流A负载,所以不是很强大,效率很高!
LDO效率一般比较低,只有40%左右。这不是我说的,而是芯片手册说的。
对于LDO,例如,我需要为我的负载提供5V2A,也就是10W在40%的条件下,我输入至少10%的功率W/40%=25W,如果我们的输入电压是12V,然后我的输入电流需要提供25W/12V=2A的电流。
换句话说,我需要输入输入并为芯片提供2A它能驱动2的电流A负载,所以效率很低! 换句话说,我需要输入芯片并提供2A它能驱动2的电流A负载,所以效率很低!
结论及如何选择
LDO | DC-DC |
---|---|
适用于低压差小电流场景 | 适用于高压差大电流场景 |
纹波小 | 纹波大 |
效率低 | 效率高 |
发热高 | 发热低 |
电路简单 | 电路复杂 |
静态功耗低 | 静态功耗高 |
三、实际电路应用设计
说了这么多,我们的电路板用了吗?LDO还是DC-DC呢?其实这两者是配合使用,12V转5V建议使用DC-DC,5V转3.3V建议使用LDO。口说无证,还是看几家板厂开发板电源电路的实际情况吧!
12V转5V
板厂 | 型号 | 芯片类型 | 某宝价格 |
---|---|---|---|
正点原子 | MP2359 | DC-DC | 7.1 RMB |
野火 | RT7272B | DC-DC | 5.5 RMB |
安富莱 | XL2596 | DC-DC | 1.3 RMB |
韦东山 | MP1495S | DC-DC | 1.3 RMB |
左滑可查看完整表格
5V转3.3V
板厂 | 型号 | 芯片类型 | 某宝价格 |
---|---|---|---|
正点原子 | AMS1117 | LDO | 0.35 RMB |
野火 | AMS1086 | LDO | 1 RMB |
安富莱 | AMS1117 | LDO | 0.35 RMB |
韦东山 | MP2143DJ | DC-DC | 1.3 RMB |
左滑可查看完整表格
可以看到,12V转5V几家板厂都使用DC-DC,5V转3.3V都使用LDO,只有韦东山大哥家5V转3.3V使用的是DC-DC,当然也可以,只要不差钱你都可以使用DC-DC,因为。
下面来具体解析一下这几家使用的芯片。
正点原子
正点原子的开发板电源芯片是MP2359
。MP2359是一种高效率,DC转换器,可提供高达1.2A的输出电流,输入电压范围4.5V至24V。
:4.5V至24V输入电压范围,1.2A输出电流,固定工作频率:1.4MHz。可调输出电压从0.81V到15V,高效率高达92%。提供了快速瞬态响应和简化环路稳定,故障状态保护包括逐周期电流限制和热关机。
下图是开发板的电源供电部分原理图
至于外围电路为什么是这样配置,在芯片的数据手册已经给出了,只要按照数据手册给的典型电路配置就可以了。
野火
野火的开发板电源芯片是RT7272B
。RT7272B是一种高效率,电流模式,可提供高达3A的输出电流,输入电压范围4.5V至36V。
:4.5V至36V输入电压范围,3A输出电流,固定工作频率: 500kHz。可调输出电压从0.8V到30V,高效率高达95%。输入欠压锁定、输出欠压保护、热关断保护、可调电流限制。
下图是开发板的电源供电部分原理图
同样,至于外围电路为什么是这样配置,在芯片的数据手册已经给出了,只要按照数据手册给的典型电路配置就可以了,不需要自己设计外围电路。
安富莱
安富莱的开发板电源芯片是XL2596
。XL2596是一个150KHz的,能够驱动一个3A的负载,提供高效率、低纹波和负载调整率。
:输入电压范围4.5V至40V,输出电压为3.3V, 5V,12V和可调版本。输出可调从1.23V至37V,最大占空比100%。
下图是开发板的电源供电部分原理图
至于外围电路为什么是这样配置,在芯片的数据手册也已经给出了,只要按照数据手册给的典型电路配置就可以了。
韦东山电源电路
韦东山大哥的开发板电源芯片是MP1495S
。MP1495S是一个500KHz的,能够驱动一个3A的负载,提供高效率、低纹波和负载调整率。
:输入电压范围4.5V至16V,输出电压为1V、1.2V、1.8V、2.5V、3.3V、5V和可调版本。
下图开发板的电源供电部分原理图
至于外围电路为什么是这样配置,在芯片的数据手册已经给出了,只要按照数据手册给的典型电路配置就可以了。
:
板厂 | 型号 | 芯片类型 | 输入电压 | 输出电压 | 最大输出电流 |
---|---|---|---|---|---|
正点原子 | MP2359 | DC-DC | 4.5V-24V | 0.81V - 15V | 1.2A |
野火 | RT7272B | DC-DC | 4.5V-36V | 0.8V - 30V | 3A |
安富莱 | XL2596 | DC-DC | 4.5V-40V | 1.23V - 37V | 3A |
韦东山 | MP1495S | DC-DC | 4.5V-16V | 0.8V-5V | 3A |
四、如何避免电路被烧坏?
搞嵌入式的免不了和硬件打交道,尤其是在做电源时,经常可能会遇到芯片被烧毁,其实电路被烧毁无非就两种情况:用电端烧毁的原因是,一般是过高。供电端烧毁的原因是,一般是短路造成的。
比如一个电容的耐压值是25V,那么当你接入高于25V的点电压是,电容可能会烧坏爆炸。又比如一个电源芯片的输出电压是5V,如果你的输出接地,也就是短路了,。接地时输出端与GND之间的电阻无穷小,输出电压一定那么输出电流就会无穷大,就会烧坏你的电路。
上图的这张图的情况一定是要避免的,否则你的电路很可能会GG。
保证负载的正负极没有插反、保证电源供电的电压等于用电端负载需要的电压、保证用电端负载电流小于供电电源能提供的电流。
:你的元器件一定不能正负极接反、你的芯片需要5V的电源,你电源提供的给芯片的电源就一定不能超过5V;你电源芯片最大提供的电流是3A,你负载的电流就不能超过3A。出现上述情况的任何一种,你的电路肯定会被烧坏。
即使你有时候发现这样做电路没有烧坏,那是因为电路有保护机制,比如等,但并不能保证你每次的运气就会这么好。说不定哪天你心情不好或者就不会有好运气了。
五、最后
现在你应该明白了在做电源部分时如何选择电源芯片了吧,也不要担心电源外围电路不会配置,工程师已经都给你设置好了电路图,所以多。另外本文所提到的芯片数据手册已上传至gitee,需要的可以下载研读一下。关于LDO和DC-DC的基础知识就这么多,其他的就是在这个基础上进行发散,只要原理明白,一切都好说。