LDODCDC基礎知識

1、LDO/DCDC基礎知識 LDO是low dropout regulator，意為低壓差線性穩(wěn)壓器。LDO的基本電路如右圖所示，該電路由串聯調整管VT、取樣電阻R1和R2、比較放大器A、基準電壓源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電壓Uref相比較，兩者的差值經放大器A放大后，控制串聯調整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。當輸出電壓Uout降低時，基準電壓與取樣電壓的差值增加，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

2、連續(xù)進行，調整時間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應速度的限制。 LDO的原理 線性穩(wěn)壓器的作用相當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整輸出電壓，使輸出電壓保持穩(wěn)定 R1相當于調整管的導通電阻Rdson，對MOSFET來說可以由柵源驅動電壓來控制，對三極管來說是控制基極電流 實際的線性穩(wěn)壓器還應當具有許多其它的功，比如負載短路保護、過壓保護、過熱保護、反接保護等，而且串聯調整管現在大部分都采用MOSFET,從而使Dropout電壓更低。LDO的原理 1 1輸出電壓輸出電壓(Output Voltage)(Output Voltage) 輸出電壓是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參

3、數之一，也是電子設備設計者選用穩(wěn)壓器時首先應考慮的參數。低壓差線性穩(wěn)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(wěn)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(wěn)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將影響穩(wěn)定精度。 2 2最大輸出電流最大輸出電流(Maximum Output Current)(Maximum Output Current) 用電設備的功率不同，要求穩(wěn)壓器輸出的最大電流也不相同。通常，輸出電流越大的穩(wěn)壓器成本越高。為了降低成本，在多只穩(wěn)壓器組成的供電系統(tǒng)中，應根據各部分所需的電流值選擇適當

4、的穩(wěn)壓器。 LDO的參數 3 3輸入輸出電壓差輸入輸出電壓差(Dropout Voltage)(Dropout Voltage) 輸入輸出電壓差是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數。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 4接地電流接地電流(Ground Pin Current)(Ground Pin Current) 接地電流是指串聯調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(Quiescent

5、Current)，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 5負載調整率負載調整率(Load Regulation) 負載調整率可以通過右圖和右式來定義： Vload負載調整率 ImaxLDO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 VVo和Vt的差值電壓 該指標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 6線性調整率線性調整率(Line Regulation) 線性調整率可以通過右圖和右式來定義， Vl

6、ineLDO線性調整率 VoLDO名義輸入電壓 VmaxLDO最大輸入電壓 VLDO輸入電壓分別為Vo和Vmax時，輸出電壓的差值 該指標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 7、PSRR 紋波是出現在輸出端子間的一種與輸入頻率和開關頻率同步的成分 PSRR，是 Power Supply Ripple Rejection Ratio 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 = 20logRipple(out) / Rip

7、ple (in) PSRR 的單位為分貝(dB)，采用對數比值。 PSRR是反應LDO輸出對輸入紋波抑制能力的一個交流參數，該值越小越好。 LDO的參數 8、NOISE 噪聲是出現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電壓，為了降低LDO的輸出噪聲，基準電壓上一般接一個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頻率范圍內一定輸入電壓下其輸出噪聲電壓的均方值，單位是VRMS。LDO的參數 9、轉換效率、轉換效率 忽略靜態(tài)電流（Iq），LDO的效

8、率可用下式計算得出： LDO的參數 10、功耗、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 ) /JA TJ(MAX)：該封裝的最大連續(xù)結溫 TA：環(huán)境溫度 JA：結點到環(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) = (125C25C) / (333 C/W)= 300mW (SC-70-5) PD(MAX) = (125C25C) / (

9、250 C/W )= 400mW (SOT-23-5)LDO的參數 11、輸入輸出電容、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電阻(ESR)會影響LDO的穩(wěn)定性。具有較低ESR(10 m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 基帶部分LDO的選擇主要考慮的參數是：輸入輸出電壓范圍、最大輸出電流、 Dropout電壓、封裝及功耗、轉換效率等。 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

10、出噪聲低，PSRR值高的產品。 LDO的選擇要素 DC-DC的原理的原理 DC/DC是開關電源芯片。 開關電源，指利用電容、電感的儲能的特性，通過可控開關MOSFET等）進行高頻開關的動作，將輸入的電能儲存在電容（感）里，當開關斷開時，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（由開關導通時間與整個開關的周期的比值）有關。開關電源可以用于升壓和降壓。 我們常用的DC-DC產品有三種類型，分別為BUCK、BOOST和BUCK/BOOST型。DC-DC的原理 1、BUCK BUCK型DC-DC主要用于降壓，其原理如右圖，當開關管Q1打開時，Vin通過L1給負載供電，L1中儲藏電

11、能，當Q1閉合時，在L1內上會感應出反向的電動勢，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： Vout=Vin*D 該電路中由于頻繁開關作用，所以要求二極管D1具有極高的回復速度，考慮到效率，該二極管還要具有低的正向導通電壓，一般選用肖特基二極管。D1L1Q1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-DC-DC的原理 同步整流技術同步整流技術 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。它能大大提高DCDC變換器的效率。功率MOSFET屬于電壓控制型器件，它在導通時的伏安特性呈線性關系，其導通電阻極小。

12、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L1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-M1M2 2、BOOST BOOST型DC-DC主要用于升壓電路，其原理如右圖，當開關管Q1閉合時，二極管D1截止，電流流經電感L1和開關管Q1，此時電容Cout給負載供電，當開關管Q1斷開時，L1上產生反向的電動勢，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： Vout=Vin/(1-D) D1L1Q1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-DC-DC的原理 3、BUCK/BOOST BUCK/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)D1L1Q1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-Q2D1DC-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存在開關噪聲和EMI問題，而LDO一般不會存在該問題； 4、LDO