DCDC
DCDC的意思是直流变(到)直流(不同直流电源值的转换),只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器。
常见的DCDC电路有buck、boost、buck-boost分别是降压、升压、降压升压电路。
LDO
LDO 是一种线性稳压器,使用在其饱和区域内运行的晶体管或场效应管(FET),从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。
LDO、DCDC的优缺点
LDO是低压降的意思,一段说明:低压降(LDO)线性稳压器的成本低,噪音低,静态电流小,这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少,通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压器可达到以下指标:输出噪声30μV,PSRR为60dB,静态电流6μA,电压降只有100mV。
DC-DC的意思是直流变(到)直流(不同直流电源值的转换),只要符合这个定义都可以叫DC-DC转换器,包括LDO。但是一般的说法是把直流变(到)直流由开关方式实现的器件叫DC-DC。
LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平,主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET,而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。
P沟道MOSFET是电压驱动的,不需要电流,所以大大降低了器件本身消耗的电流;另一方面,采用PNP晶体管的电路中,为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力, 输入和输出之间的电压降不可以太低;
而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由於MOSFET的导通电阻很小,因而它上面的电压降非常低。
如果输入电压和输出电压很接近,最好是选用LDO稳压器,可达到很高的效率。
如果输入电压和输出电压不是很接近,就要考虑用开关型的DC-DC了,应为从上面的原理可以知道,LDO的输入电流基本上是等于输出电流的,如果压降太大,耗在LDO上能量太大,效率不高。
DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随著集成度的提高,许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是,这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。
总之,升压是一定要选DC-DC的,降压,是选择DCDC还是LDO,要在成本,效率,噪声和性能上比较。
LDO主要由调整管(工作在线性区,一般是晶体管或MOSFET)和放大器构成。可调输出LDO一般由外围的两个电阻来控制输出电压,但精度会受到电阻精度的影响,理论计算后还需要实测来调整。如果想要获得高精度的输出电压,尽量选择固定输出的LDO。
需要关注的LDO参数:
1. 压差(Dropout),有些芯片对Vin和Vout的差值会有要求,如果不满足会导致输出电压不满足要求。(在Vin和Vout差值较小时,应选择低压差的LDO)
2. 输入电压、输出电压和输出电流的范围。2. 线性调整率,输入电压变化时对输出电压造成的影响。
3. 负载调整率,负载变化导致负载电流变化时,输出电压的变化量。
4. 温度,由于LDO会产生热量,所以需要考虑结温。
在Vref引脚增加滤波电容,还可以进一步减小噪声和纹波。
DCDC主要由调整管(工作在开关状态,一般是MOSFET)和二极管、电感电容电阻组成。DCDC的工作原理是通过控制MOSFET的导通和截止的时间比率,来实现对输出电压的配置。
其中,导通和截止的时间比率一般由PWM(最常用)、PFM、混合式的调制方法。PWM是脉冲宽度调制,开关频率恒定,调节脉冲的占空比;PFM是脉冲频率调制,调节开关的频率。
PFM在轻载状态下效率高,但是纹波和噪声相对于PWM较大。目前市场上也有PFM和PWM混合方式,集合两者的优点。
纹波电压大的原因:电感具有储能作用,在电路中随着MOS管开关有充电和放电过程,导致电流也是出现波动过程(电路分析中通常为三角波)。
这个波动电流会在输出端等效电阻(输出电容的ESR和负载Rload)上形成纹波电压。因此,如果想纹波电压小,需要做好MOS管、输出电容(最主要的因素)、电感的选型工作。
LDO与DCDC的区别:
1. LDO的输出电流一般较小,需要考虑后级电路供电需求。DCDC支持大输出电流。(与电路工作原理有关)
2. LDO的压降落在调整管上导致功耗转变为热量。当功耗较大的时候,需要考虑散热问题(一般LDO会有底部散热焊盘,需要打过孔到GND)。DCDC电路中MOS管只承担开关作用,基本无压降,但存在开关损耗,相对于LDO来说,功耗低,因此基本无需考虑散热问题。
3. LDO本身并不能保证上电时序,而DCDC本身存在一定延时,能保证输出相对于输入的延时。
4. LDO的纹波较小,尤其是对低频噪声有较强的抑制。DCDC中由于纹波电流和ESR的作用,会存在较大的纹波电压。
5. LDO的成本低,外围电路器件少,应用简单。DCDC电路通常外围还需要增加MOS管和电感(有些集成的芯片无需外加mos管),增加了电路复杂度、成本和PCB面积。
6. LDO只有降压,DCDC有多种类别可选择。
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