DCDC
DCDC的意思是直流變(到)直流(不同直流電源值的轉換),只要符合這個定義都可以叫DCDC轉換器。
常見的DCDC電路有buck、boost、buck-boost分別是降壓、升壓、降壓升壓電路。
LDO
LDO 是一種線性穩壓器,使用在其飽和區域內運行的晶體管或場效應管(FET),從應用的輸入電壓中減去超額的電壓,產生經過調節的輸出電壓。所謂壓降電壓,是指穩壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。
LDO、DCDC的優缺點
LDO是低壓降的意思,一段說明:低壓降(LDO)線性穩壓器的成本低,噪音低,靜態電流小,這些是它的突出優點。它需要的外接元件也很少,通常只需要一兩個旁路電容。新的LDO線性穩壓器可達到以下指標:輸出噪聲30μV,PSRR為60dB,靜態電流6μA,電壓降只有100mV。
DC-DC的意思是直流變(到)直流(不同直流電源值的轉換),只要符合這個定義都可以叫DC-DC轉換器,包括LDO。但是一般的說法是把直流變(到)直流由開關方式實現的器件叫DC-DC。
LDO線性穩壓器的性能之所以能夠達到這個水平,主要原因在于其中的調整管是用P溝道MOSFET,而普通的線性穩壓器是使用PNP晶體管。
P溝道MOSFET是電壓驅動的,不需要電流,所以大大降低了器件本身消耗的電流;另一方面,采用PNP晶體管的電路中,為了防止PNP晶體管進入飽和狀態而降低輸出能力, 輸入和輸出之間的電壓降不可以太低;
而P溝道MOSFET上的電壓降大致等于輸出電流與導通電阻的乘積。由於MOSFET的導通電阻很小,因而它上面的電壓降非常低。
如果輸入電壓和輸出電壓很接近,最好是選用LDO穩壓器,可達到很高的效率。
如果輸入電壓和輸出電壓不是很接近,就要考慮用開關型的DC-DC了,應為從上面的原理可以知道,LDO的輸入電流基本上是等于輸出電流的,如果壓降太大,耗在LDO上能量太大,效率不高。
DC-DC轉換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉換器的優點是效率高、可以輸出大電流、靜態電流小。隨著集成度的提高,許多新型DC-DC轉換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器。但是,這類電源控制器的輸出脈動和開關噪音較大、成本相對較高。
總之,升壓是一定要選DC-DC的,降壓,是選擇DCDC還是LDO,要在成本,效率,噪聲和性能上比較。
LDO主要由調整管(工作在線性區,一般是晶體管或MOSFET)和放大器構成。可調輸出LDO一般由外圍的兩個電阻來控制輸出電壓,但精度會受到電阻精度的影響,理論計算后還需要實測來調整。如果想要獲得高精度的輸出電壓,盡量選擇固定輸出的LDO。
需要關注的LDO參數:
1. 壓差(Dropout),有些芯片對Vin和Vout的差值會有要求,如果不滿足會導致輸出電壓不滿足要求。(在Vin和Vout差值較小時,應選擇低壓差的LDO)
2. 輸入電壓、輸出電壓和輸出電流的范圍。2. 線性調整率,輸入電壓變化時對輸出電壓造成的影響。
3. 負載調整率,負載變化導致負載電流變化時,輸出電壓的變化量。
4. 溫度,由于LDO會產生熱量,所以需要考慮結溫。
在Vref引腳增加濾波電容,還可以進一步減小噪聲和紋波。
DCDC主要由調整管(工作在開關狀態,一般是MOSFET)和二極管、電感電容電阻組成。DCDC的工作原理是通過控制MOSFET的導通和截止的時間比率,來實現對輸出電壓的配置。
其中,導通和截止的時間比率一般由PWM(最常用)、PFM、混合式的調制方法。PWM是脈沖寬度調制,開關頻率恒定,調節脈沖的占空比;PFM是脈沖頻率調制,調節開關的頻率。
PFM在輕載狀態下效率高,但是紋波和噪聲相對于PWM較大。目前市場上也有PFM和PWM混合方式,集合兩者的優點。
紋波電壓大的原因:電感具有儲能作用,在電路中隨著MOS管開關有充電和放電過程,導致電流也是出現波動過程(電路分析中通常為三角波)。
這個波動電流會在輸出端等效電阻(輸出電容的ESR和負載Rload)上形成紋波電壓。因此,如果想紋波電壓小,需要做好MOS管、輸出電容(最主要的因素)、電感的選型工作。
LDO與DCDC的區別:
1. LDO的輸出電流一般較小,需要考慮后級電路供電需求。DCDC支持大輸出電流。(與電路工作原理有關)
2. LDO的壓降落在調整管上導致功耗轉變為熱量。當功耗較大的時候,需要考慮散熱問題(一般LDO會有底部散熱焊盤,需要打過孔到GND)。DCDC電路中MOS管只承擔開關作用,基本無壓降,但存在開關損耗,相對于LDO來說,功耗低,因此基本無需考慮散熱問題。
3. LDO本身并不能保證上電時序,而DCDC本身存在一定延時,能保證輸出相對于輸入的延時。
4. LDO的紋波較小,尤其是對低頻噪聲有較強的抑制。DCDC中由于紋波電流和ESR的作用,會存在較大的紋波電壓。
5. LDO的成本低,外圍電路器件少,應用簡單。DCDC電路通常外圍還需要增加MOS管和電感(有些集成的芯片無需外加mos管),增加了電路復雜度、成本和PCB面積。
6. LDO只有降壓,DCDC有多種類別可選擇。
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