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大电流dcdc降压芯片20a_射频工程师必须搞清DCDC和LDO的区别

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LDO:LOW DROPOUT VOLTAGE LDO(是low dropout voltage regulator缩写,整流器)低压差线性稳压器,故名为线性稳压器,仅用于降压应用。即输出电压必须小于输入电压。优点:稳定性好,负载响应快。输出纹波小。缺点:效率低,输入输出电压差不能太大。目前最大的负荷不能太大LDO为5A(但要保证5A输出有很多限制)DC/DC:直流电压转向直流电压。严格来说,LDO也是DC/DC但是现在DC/DC多指开关电源。具有很多种拓朴结构,如BUCK,BOOST,等。优点:效率高,输入电压范围宽。缺点:负载响应比LDO差,输出纹波比LDO大。DC/DC转换器一般由控制芯片、电杆线圈、二极管、三极管、电容组成。DC/DC转换器是转换输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC转换器分为三类:升压型DC/DC转换器,降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。三种控制可根据需要采用。PWM控制效率高,输出电压纹波和噪声好。PFM即使长期使用控制型,特别是在小负荷下,也具有耗电量小的优点。PWM/PFM实现小负荷转换PFM在重载时自动转换控制PWM控制。目前DC-DC手机广泛应用于转换器,MP3.数码相机、便携式媒体播放器等产品。其实内部是先把的DC直流电源转变为交流电源AC。它通常是一种自激振荡电路,因此外部需要电感等分立元件。然后通过积分滤波返回输出端DC产生电源AC电源,可以轻松升压降压。两次转换必然会造成损失,这就是大家都在努力研究如何提高DC-DC效率问题。1、DCtoDC包括boost(升压)、buck(降压)、Boost/buck(升/降压)和反相结构具有高效率、高输出电流、低静态电流等特点。随着集成度的提高,有许多新的DC-DC转换器的外围电路只需要电感和滤波电容器;但这种电源控制器的输出纹波和开关噪音大,成本相对较高。2、LDO:低压差线性稳压器的突出优点是成本最低,噪音最低,静态电流最低。它的外围设备很少,通常只有一两个旁路电容器。LDO可达以下指标:30μV输出噪声、60dBPSRR、6μA静态电流及100mV的压差。线性稳压器实现这些特性的主要原因是内部调整管采用P沟场效应管,而不是通常在线性稳压器中PNP晶体管。P沟的场效应管不需要基极电流驱动,因此设备本身的电源电流大大降低;另一方面,在使用中PNP在管道结构中,为了防止PNP晶体管进入饱和状态,降低输出能力,必须保证较大的输入输出压差;P沟场效应管的压差大致等于输出电流及其导电阻的乘积,极小的导电阻使其压差很低。当输入电压接近系统中的输出电压时,LDO能达到高效率的最佳选择。因此,锂离子电池的电压转换为3V大多数应用程序选择电压LDO,虽然电池最终放电能量的10%没有使用,但是LDO在低噪声结构中仍能提供较长的电池寿命。便携式电子设备在工作过程中,电源电压将在很大程度上发生变化,无论是通过整流(或交流适配器)还是电池组供电。例如,当单个锂离子电池充满电时,电压为4.2V,放电后的电压为2.3V,变化范围很大。各种整流器的输出电压不仅受市电压变化的影响,还受负载变化的影响。几乎所有的电子设备都使用稳压器供电,以确保电压稳定。小型精密电子设备还要求电源非常干净(无纹波、无噪音),以免影响电子设备的正常运行。为满足精密电子设备的要求,应在电源输入端增加线性稳压器,以确保电源电压恒定,实现有源噪声滤波。低压差线性稳压器(LDO)如图1-1所示,该电路由串联调整管道VT(PNP晶体管,注:在实际应用中,P沟场效应管常用于这里)、取样电阻R1和R2较放大器A组成。

图1-1低压差线性稳压器基本电路

取样电压Uin加在比较器A的同相输入端,加在反相输入端的基准电压Uref(Uout*R2/(R1 R2)相比之下,放大器A放大后两者的差值.Uout=(U -U-)*A注A是比较放大器的倍数,)控制串联调节管的压降,从而稳定输出电压。当输出电压Uout基准电压降低时Uref与取样电压Uin差值增加,比较放大器输出的驱动电流增加,串联调节管压降降降低,从而增加输出电压。相反,如果输出电压Uout比较放大器输出值,比较放大器输出的前驱动电流降低,从而降低输出电压。在供电过程中,输出电压连续校正,调整时间仅限于比较放大器和输出晶体管回路的响应速度。应注意,实际的线性稳压器还应具有负载短路保护、过压关闭、过热关闭、反向保护等多种功能,也可采用串联调整管MOSFET。输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数,也是电子设备设计师在选择稳压器时应首先考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种。固定输出电压稳压器使用方便,由于输出电压由厂家精确调整,稳压器精度很高。但设定的输出电压值均为常用电压值,不能满足所有应用要求,但外部元件值的变化会影响稳定精度。电气设备的功率不同,稳压器输出的最大电流也不同。通常,输出电流越大,稳压器的成本就越高。为了降低成本,在由多个稳压器组成的供电系统中,应根据各部件所需的电流值选择合适的稳压器。输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。电压差越低,线性稳压器的性能就越好。例如,5.0V只需输入5个低压差线性稳压器.5V输出电压可以稳定在5.0V。接地电路IGND它串联调节管输出电流为零时,输入电源提供的稳压器工作电流。该电流有时也被称为静态电流,但使用PNP当晶体管串联调整管元件时,这种习惯是不正确的。理想的低压差稳压器接地电流通常很小。图2-1和式2-1可以定义负载调节率,LDO负载调整率越小,说明LDO抑制负载干扰的能力越强。

图2-1OutputVoltage&OutputCurrent

(2-1)

式中△Vload—负载调整率Imax—LDO最大输出电流Vt—输出电流为Imax时,LDO的输出电压Vo—输出电流为0.1mA时,LDO的输出电压△V—负载电流分别为0.1mA和Imax输出电压差

6.线性调整率(LineRegulation)图2-2和式2-2可以定义线性调整率,LDO线性调整率越小,输入电压变化对输出电压的影响越小,LDO的性能越好。

图2-2OutputVoltage&InputVoltage

(2-2)

式中△Vline—LDO线性调整率Vo—LDO名称输出电压Vmax—LDO最大输入电压△V—LDO输入Vo到Vmax最大值和最小值之间的差异7.电源抑制比(PSSR)LDO许多干扰信号往往存在于输入源中。PSRR反映了LDO抑制这些干扰信号的能力。低压差线性稳压器的典型应用如图3-1所示。图3-1(a)所示电路是一种最常见的AC/DC电源、交流电源电压通过变压器转换为所需电压,整流后转换为直流电压。在电路中,低压差线性稳压器稳定输出电压,抑制纹波电压,消除电源产生的交流噪声。

各种电池的工作电压在一定范围内发生变化。为保证电池组输出的恒定电压,低压差线性稳压器连接到电池组输出端,如图3-1所示(b)所示。低压差线性稳压器功率低,可延长电池使用寿命。同时,由于低压差线性稳压器的输出电压接近输入电压,当电池接近放电时,仍能保证输出电压的稳定性。

众所周知,开关稳压电源效率高,但输出纹波电压高、噪声大、电压调节率差,尤其是模拟电路供电时。在开关稳压器输出端连接低压差线稳压器,如图2-3所示(c)因此,有源滤波可以实现,输出电压的稳压精度也可以大大提高,电源系统的效率也不会显著降低。

在某些应用中,例如,无线电通信设备通常只有一个足够的电池供电,但每个电路通常使用不同的隔离电压,因此必须由多个稳压器供电。为了节省共电池的电量,低压差线性稳压器通常希望在设备不工作时睡觉。因此,要求线性稳压器具有使能控制端。具有单组电池供电多路输出和通断控制功能的供电系统如图3-1所示(d)所示。

图3-1低压线性稳压器(LDO)典型应用

应该这样理解:DCDC意思是直流变(到)直流(不同直流电源值的转换),只要符合这个定义,就可以称之为DCDC包括转换器LDO。但一般来说,通过开关实现直流变(到)直流的装置称为DCDC。

DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器具有效率高、输出电流大、静态电流小等优点。随着集成度的提高,许多新型DC-DC转换器只需要几个外部电感器滤波器电容器。但这种电源控制器的输出脉动和开关噪声较大,成本较高。近年来,随着半导体技术的发展,表面电感器、电容器和高集成电源控制芯片的成本越来越低。由于导通电阻小,MOSFET它可以输出大功率,因此不需要外部大功率FET。例如对于3V的输入电,利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的输出。其次,对于中小功率的应用,可以使用成本低小型封装。另外,如果开关频率提高到1MHz,还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能,如软启动、限流、PFM或者PWM方式选择等。

总的来说,升压是一定要选DCDC的,降压,是选择DCDC还是LDO,要在成本,效率,噪声和性能上比较。首先从效率上说,DC/DC的效率普遍要远高于LDO,这是其工作原理决定的.其次,DC/DC有Boost,Buck,Boost/Buck,(有人把ChargePump也归为此类)。而LDO只有降压型。

再次,也是很重要的一点,DC/DC因为其开关频率的原因导致其电源噪声很大,远比LDO大的多,大家可以关注PSRR这个参数.所以当考虑到比较敏感的模拟电路时候,有可能就要牺牲效率为保证电源的纯净而选择LDO。

还有,通常LDO所需要的外围器件简单,占面积小,而DC/DC一般都会要求电感,二极管,大电容,有的还会要MOSFET,特别是Boost电路,需要考虑电感的最大工作电流,二极管的反向恢复时间,大电容的ESR等等,所以从外围器件的选择来说比LDO复杂,而且占面积也相应的会大很多。

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标签: 电阻20a

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