LDO:LOW DROPOUT VOLTAGE LDO(是low dropout voltage regulator的縮寫,整流器)低壓差線性穩壓器,故名思意,為線性的穩壓器,僅能使用在降壓應用中。也就是輸出電壓必需小于輸入電壓。
優點:穩定性好,負載響應快。輸出紋波小。
缺點:效率低,輸入輸出的電壓差不能太大。負載不能太大,目前最大的LDO為5A(但要保證5A的輸出還有很多的限制條件)
DC/DC:直流電壓轉直流電壓。嚴格來講,LDO也是DC/DC的一種,但目前DC/DC多指開關電源。具有很多種拓樸結構,如BUCK,BOOST等。
優點:效率高,輸入電壓範圍較寬。
缺點:負載響應比LDO差,輸出紋波比LDO大。
DC/DC和LDO的區别是什麼?
DC/DC轉換器一般由控制芯片,電杆線圈,二極管,三極管,電容構成。
DC/DC轉換器為轉變輸入電壓後有效輸出固定電壓的電壓轉換器。DC/DC轉換器分為三類:升壓型DC/DC轉換器、降壓型DC/DC轉換器以及升降壓型DC/DC轉換器。根據需求可采用三類控制。PWM控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PFM控制型即使長時間使用,尤其小負載時具有耗電小的優點。PWM/PFM轉換型小負載時實行PFM控制,且在重負載時自動轉換到PWM控制。目前DC-DC轉換器廣泛應用于手機、MP3、數碼相機、便攜式媒體播放器等産品中。
圖1-1低壓差線性穩壓器基本電路
取樣電壓Uin加在比較器A的同相輸入端,與加在反相輸入端的基準電壓Uref(Uout*R2/(R1 R2))相比較,兩者的差值經放大器A放大後.Uout=(U -U-)*A注A為比較放大器的倍數,)控制串聯調整管的壓降,從而穩定輸出電壓。
當輸出電壓Uout降低時,基準電壓Uref與取樣電壓Uin的差值增加,比較放大器輸出的驅動電流增加,串聯調整管壓降減小,從而使輸出電壓升高。
相反,若輸出電壓Uout超過所需要的設定值,比較放大器輸出的前驅動電流減小,從而使輸出電壓降低。供電過程中,輸出電壓校正連續進行,調整時間隻受比較放大器和輸出晶體管回路反應速度的限制。
應當說明,實際的線性穩壓器還應當具有許多其它的功能,比如負載短路保護、過壓關斷、過熱關斷、反接保護等,而且串聯調整管也可以采用MOSFET。
二、低壓差線性穩壓器的主要參數
1.輸出電壓(OutputVoltage)
輸出電壓是低壓差線性穩壓器最重要的參數,也是電子設備設計者選用穩壓器時首先應考慮的參數。低壓差線性穩壓器有固定輸出電壓和可調輸出電壓兩種類型。固定輸出電壓穩壓器使用比較方便,而且由于輸出電壓是經過廠家精密調整的,所以穩壓器精度很高。但是其設定的輸出電壓數值均為常用電壓值,不可能滿足所有的應用要求,但是外接元件數值的變化将影響穩定精度。
2.最大輸出電流(MaximumOutputCurrent)
用電設備的功率不同,要求穩壓器輸出的最大電流也不相同。通常,輸出電流越大的穩壓器成本越高。為了降低成本,在多隻穩壓器組成的供電系統中,應根據各部分所需的電流值選擇适當的穩壓器。
3.輸入輸出電壓差(DropoutVoltage)
輸入輸出電壓差是低壓差線性穩壓器最重要的參數。在保證輸出電壓穩定的條件下,該電壓壓差越低,線性穩壓器的性能就越好。比如,5.0V的低壓差線性穩壓器,隻要輸入5.5V電壓,就能使輸出電壓穩定在5.0V。
4.接地電流(GroundPinCurrent)
接地電路IGND是指串聯調整管輸出電流為零時,輸入電源提供的穩壓器工作電流。該電流有時也稱為靜态電流,但是采用PNP晶體管作串聯調整管元件時,這種習慣叫法是不正确的。通常較理想的低壓差穩壓器的接地電流很小。
5.負載調整率(LoadRegulation)
負載調整率可以通過圖2-1和式2-1來定義,LDO的負載調整率越小,說明LDO抑制負載幹擾的能力越強。
圖2-1OutputVoltage&OutputCurrent
(2-1)
式中
△Vload—負載調整率
Imax—LDO最大輸出電流
Vt—輸出電流為Imax時,LDO的輸出電壓
Vo—輸出電流為0.1mA時,LDO的輸出電壓
△V—負載電流分别為0.1mA和Imax時的輸出電壓之差
6.線性調整率(LineRegulation)
線性調整率可以通過圖2-2和式2-2來定義,LDO的線性調整率越小,輸入電壓變化對輸出電壓影響越小,LDO的性能越好。
圖2-2OutputVoltage&InputVoltage
(2-2)
式中
△Vline—LDO線性調整率
Vo—LDO名義輸出電壓
Vmax—LDO最大輸入電壓
△V—LDO輸入Vo到Vmax'輸出電壓最大值和最小值之差
7.電源抑制比(PSSR)
LDO的輸入源往往許多幹擾信号存在。PSRR反映了LDO對于這些幹擾信号的抑制能力。
三、LDO的典型應用
低壓差線性穩壓器的典型應用如圖3-1所示。圖3-1(a)所示電路是一種最常見的AC/DC電源,交流電源電壓經變壓器後,變換成所需要的電壓,該電壓經整流後變為直流電壓。在該電路中,低壓差線性穩壓器的作用是:在交流電源電壓或負載變化時穩定輸出電壓,抑制紋波電壓,消除電源産生的交流噪聲。
各種蓄電池的工作電壓都在一定範圍内變化。為了保證蓄電池組輸出恒定電壓,通常都應當在電池組輸出端接入低壓差線性穩壓器,如圖3-1(b)所示。低壓差線性穩壓器的功率較低,因此可以延長蓄電池的使用壽命。同時,由于低壓差線性穩壓器的輸出電壓與輸入電壓接近,因此在蓄電池接近放電完畢時,仍可保證輸出電壓穩定。
衆所周知,開關性穩壓電源的效率很高,但輸出紋波電壓較高,噪聲較大,電壓調整率等性能也較差,特别是對模拟電路供電時,将産生較大的影響。在開關性穩壓器輸出端接入低壓差線性穩壓器,如圖2-3(c)所示,就可以實現有源濾波,而且也可大大提高輸出電壓的穩壓精度,同時電源系統的效率也不會明顯降低。
在某些應用中,比如無線電通信設備通常隻有一足電池供電,但各部分電路常常采用互相隔離的不同電壓,因此必須由多隻穩壓器供電。為了節省共電池的電量,通常設備不工作時,都希望低壓差線性穩壓器工作于睡眠狀态。為此,要求線性穩壓器具有使能控制端。有單組蓄電池供電的多路輸出且具有通斷控制功能的供電系統如圖3-1(d)所示。
圖3-1低壓差線性穩壓器(LDO)典型應用
DC-DC
應當可以這樣理解:DCDC的意思是直流變(到)直流(不同直流電源值的轉換),隻要符合這個定義都可以叫DCDC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DCDC。
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、靜态電流小。随著集成度的提高,許多新型DC-DC轉換器僅需要幾隻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。近幾年來,随著半導體技術的發展,表面貼裝的電感器、電容器、以及高集成度的電源控制芯片的成本不斷降低,體積越來越小。由於出現了導通電阻很小的MOSFET可以輸出很大功率,因而不需要外部的大功率FET。例如對于3V的輸入電壓,利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的輸出。其次,對于中小功率的應用,可以使用成本低小型封裝。另外,如果開關頻率提高到1MHz,還能夠降低成本、可以使用尺寸較小的電感器和電容器。有些新器件還增加許多新功能,如軟啟動、限流、PFM或者PWM方式選擇等。
總的來說,升壓是一定要選DCDC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與DC/DC相比:
首先從效率上說,DC/DC的效率普遍要遠高于LDO,這是其工作原理決定的.其次,DC/DC有Boost,Buck,Boost/Buck,(有人把ChargePump也歸為此類)。而LDO隻有降壓型。
再次,也是很重要的一點,DC/DC因為其開關頻率的原因導緻其電源噪聲很大,遠比LDO大的多,大家可以關注PSRR這個參數.所以當考慮到比較敏感的模拟電路時候,有可能就要犧牲效率為保證電源的純淨而選擇LDO。
還有,通常LDO所需要的外圍器件簡單,占面積小,而DC/DC一般都會要求電感,二極管,大電容,有的還會要MOSFET,特别是Boost電路,需要考慮電感的最大工作電流,二極管的反向恢複時間,大電容的ESR等等,所以從外圍器件的選擇來說比LDO複雜,而且占面積也相應的會大很多。
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