LDODCDC基礎(chǔ)知識知識講解

LDO/DCDC基礎(chǔ)知識LDO是lowdropoutregulator，意為低壓差線性穩(wěn)壓器。LDO的基本電路如右圖所示，該電路由串聯(lián)調(diào)整管VT、取樣電阻R1和R2、比較放大器A、基準(zhǔn)電壓源Uref組成。取樣電壓加在比較器A的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓Uref相比較，兩者的差值經(jīng)放大器A放大后，控制串聯(lián)調(diào)整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)輸出電壓Uout降低時，基準(zhǔn)電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅(qū)動電流增加，串聯(lián)調(diào)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(shè)定值，比較放大器輸出的前驅(qū)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(xù)進行，調(diào)整時間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應(yīng)速度的限制。LDO的原理

線性穩(wěn)壓器的作用相當(dāng)于一個可控制的可變電阻，通過改變與負載之間的電阻比例來調(diào)整輸出電壓，使輸出電壓保持穩(wěn)定

R1相當(dāng)于調(diào)整管的導(dǎo)通電阻Rdson，對MOSFET來說可以由柵源驅(qū)動電壓來控制，對三極管來說是控制基極電流實際的線性穩(wěn)壓器還應(yīng)當(dāng)具有許多其它的功，比如負載短路保護、過壓保護、過熱保護、反接保護等，而且串聯(lián)調(diào)整管現(xiàn)在大部分都采用MOSFET,從而使Dropout電壓更低。LDO的原理3．輸入輸出電壓差(DropoutVoltage)

輸入輸出電壓差是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)。該電壓差就是在負載電流一定的條件下，輸入電壓和輸出電壓的差值，在保證輸出電壓穩(wěn)定的條件下，該電壓壓差越低，線性穩(wěn)壓器的性能就越好。比如，RICHTEK的RT9193的Dropout電壓為：220mV@300mA4．接地電流(GroundPinCurrent)

接地電流是指串聯(lián)調(diào)整管輸出電流為零時，輸入電源提供的穩(wěn)壓器工作電流。該電流也稱為靜態(tài)電流(QuiescentCurrent)，常用Ignd或Iq表示，該值一般為uA級別。通常較理想的低壓差穩(wěn)壓器的接地電流很小。LDO的參數(shù)5．負載調(diào)整率(LoadRegulation)

負載調(diào)整率可以通過右圖和右式來定義：△Vload—負載調(diào)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—Vo和Vt的差值電壓該指標(biāo)反映的是負載電流的變化對輸出電壓的影響，該值越小，說明LDO抑制負載干擾的能力越強，LDO的性能越好。LDO的參數(shù)6．線性調(diào)整率(LineRegulation)

線性調(diào)整率可以通過右圖和右式來定義，△Vline—LDO線性調(diào)整率

Vo—LDO名義輸入電壓

Vmax—LDO最大輸入電壓

△V—LDO輸入電壓分別為Vo和Vmax時，輸出電壓的差值該指標(biāo)反映的是輸入電壓變化對輸出電壓的影響，該值越小，輸入電壓變化對輸出電壓影響越小，LDO的性能越好。LDO的參數(shù)7、PSRR

紋波是出現(xiàn)在輸出端子間的一種與輸入頻率和開關(guān)頻率同步的成分

PSRR，是PowerSupplyRippleRejectionRatio的縮寫，中文含意為“電源紋波抑制比”，定義為LDO輸入電壓變化量(以伏為單位)與輸出變化量(以伏為單位)的比值,基本計算公式為：

PSRR=20log[Ripple(out)/Ripple(in)]PSRR的單位為分貝(dB)，采用對數(shù)比值。

PSRR是反應(yīng)LDO輸出對輸入紋波抑制能力的一個交流參數(shù)，該值越小越好。

LDO的參數(shù)8、NOISE

噪聲是出現(xiàn)在輸出端子間的紋波以外的一種高頻成分，其頻率分布比較廣，LDO的輸出噪聲很大一部分來自其基準(zhǔn)電壓，為了降低LDO的輸出噪聲，基準(zhǔn)電壓上一般接一個BYPASS電容，增大該電容，可以減小LDO的輸出噪聲，但會使LDO輸出電壓的上升速度變慢，使用是請注意。噪聲一般為在10Hz至100kHz頻率范圍內(nèi)一定輸入電壓下其輸出噪聲電壓的均方值，單位是μVRMS。LDO的參數(shù)9、轉(zhuǎn)換效率

忽略靜態(tài)電流（Iq），LDO的效率可用下式計算得出：

LDO的參數(shù)10、功耗

LDO的功耗可以用下式計算：

Pldo=（Vin-Vout）*Iout+Vin*Iq

由靜態(tài)電流引起的功耗很小，一般可以忽略不計。

LDO的功耗不能超過該LDO封裝的最大功耗。某器件封裝的最大功耗可以由下式計算得出：

PD(MAX)=(TJ(MAX)?TA)/θJATJ(MAX)：該封裝的最大連續(xù)結(jié)溫

TA：環(huán)境溫度

θJA：結(jié)點到環(huán)境的熱阻,單位是°C/W

下面是兩個常用封裝的最大功耗：

PD(MAX)=(125°C?25°C)/(333°C/W)=300mW(SC-70-5)PD(MAX)=(125°C?25°C)/(250°C/W)=400mW(SOT-23-5)LDO的參數(shù)11、輸入輸出電容

LDO需要增加外部輸入和輸出電容器，除濾波作用外，輸出電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)會影響LDO的穩(wěn)定性。具有較低ESR(10mΩ量級)的陶瓷電容通常是輸入輸出電容的首選，因為它們價格低而且故障模式是斷路，相比之下鉭電容比較昂貴且其故障模式是短路。一般建議使用X5R或X7R的1uF電容。LDO的參數(shù)

基帶部分LDO的選擇主要考慮的參數(shù)是：輸入輸出電壓范圍、最大輸出電流、Dropout電壓、封裝及功耗、轉(zhuǎn)換效率等。射頻部分的LDO還需要考慮輸出噪聲及電源波紋抑止比(PSRR)，盡量選用輸出噪聲低，PSRR值高的產(chǎn)品。LDO的選擇要素DC-DC的原理

DC/DC是開關(guān)電源芯片。開關(guān)電源，指利用電容、電感的儲能的特性，通過可控開關(guān)MOSFET等）進行高頻開關(guān)的動作，將輸入的電能儲存在電容（感）里，當(dāng)開關(guān)斷開時，電能再釋放給負載，提供能量。其輸出的功率或電壓的能力與占空比D（由開關(guān)導(dǎo)通時間與整個開關(guān)的周期的比值）有關(guān)。開關(guān)電源可以用于升壓和降壓。我們常用的DC-DC產(chǎn)品有三種類型，分別為BUCK、BOOST和BUCK/BOOST型。DC-DC的原理1、BUCKBUCK型DC-DC主要用于降壓，其原理如右圖，當(dāng)開關(guān)管Q1打開時，Vin通過L1給負載供電，L1中儲藏電能，當(dāng)Q1閉合時，在L1內(nèi)上會感應(yīng)出反向的電動勢，極性是左負右正，此時電感通過二極管D1給負載供電。輸出的電壓跟占空比D有關(guān)：

Vout=Vin*D

該電路中由于頻繁開關(guān)作用，所以要求二極管D1具有極高的回復(fù)速度，考慮到效率，該二極管還要具有低的正向?qū)妷海话氵x用肖特基二極管。DC-DC的原理

同步整流技術(shù)

同步整流是采用動態(tài)電阻極低的專用功率MOSFET，來取代整流二極管以降低整流損耗的一項新技術(shù)。它能大大提高DC／DC變換器的效率。功率MOSFET屬于電壓控制型器件，它在導(dǎo)通時的伏安特性呈線性關(guān)系，其導(dǎo)通電阻極小。用功率MOSFET做整流器時，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱之為同步整流。

DC-DC的原理2、BOOST

BOOST型DC-DC主要用于升壓電路，其原理如右圖，當(dāng)開關(guān)管Q1閉合時，二極管D1截止，電流流經(jīng)電感L1和開關(guān)管Q1，此時電容Cout給負載供電，當(dāng)開關(guān)管Q1斷開時，L1上產(chǎn)生反向的電動勢，極性是左負右正，此時Vin和L1上的電動勢疊加通過二極管給負載供電，同時給Cout充電。輸出的電壓同樣跟占空比D有關(guān)：

Vout=Vin/(1-D)

DC-DC的原理3、BUCK/BOOSTBUCK/BOOST型DC-DC既可用于降壓，也可用于升壓，其原理如右圖所示，該類型電壓輸出

Vout=Vin*D/(1-D)DC-DC的原理1、兩者的效率不同,DCDC的效率一般要高于LDO,這是其工作原理決定的；2、DCDC有Boost、Buck、Boost/Buck，而LDO只有降壓型；3、DCDC存在開關(guān)噪聲和EMI問題，而LDO一般不會存在該問題；4、LDO設(shè)計簡單，只需一個輸入和一個輸出電容，外圍元器件少，所占PCB的面積