LDO和DC-DC看這篇就懂了!
發(fā)布日期:2025-01-02
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何為DC/DC轉(zhuǎn)換器
IC等電子元件各自的工作電壓范圍不同，因此需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓。
DC/DC轉(zhuǎn)換器是指將直流轉(zhuǎn)換為直流的裝置的名稱。它常被稱為線性穩(wěn)壓器或開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器等，以轉(zhuǎn)換方式的名稱命名。
為何需要DC/DC轉(zhuǎn)換器？
插入插座進(jìn)行工作的電氣產(chǎn)品需要使用將AC（交流）100V轉(zhuǎn)換為DC（直流）的"AC/DC轉(zhuǎn)換器"。
這是因?yàn)榇蟛糠职雽?dǎo)體部件只能在DC下工作。
整機(jī)電路板上搭載的IC等具有各自固有的工作電壓范圍，電壓精度要求也不同。
通過(guò)電壓不穩(wěn)的電源等供電會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)作或特性劣化等異常。
因此，需使用"DC/DC轉(zhuǎn)換器"轉(zhuǎn)換為所需的電壓并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化:動(dòng)畫(huà)講解DC-DC工作原理。
通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定的裝置被稱為電壓穩(wěn)壓器。
電源IC種類(lèi)
電源IC大致分為線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器兩種。
作為其各自的輸出形式，線性穩(wěn)壓器僅可降壓輸出比輸入電壓低的電壓。
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器則具有自由度，輸出形式包括以下4種：
● 降壓輸出比輸入電壓低的電壓
● 升壓輸出比輸入電壓高的電壓
● 升降壓輸出恒定電壓，與輸入電壓的高低無(wú)關(guān)
● 從正電壓反轉(zhuǎn)輸出負(fù)電壓
而且，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的整流方式有同步整流和非同步整流（二極管整流）。
電源IC種類(lèi)，如下圖。
線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器
通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定的裝置被稱為電壓穩(wěn)壓器。
按轉(zhuǎn)換方式，電壓穩(wěn)壓器分為線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器2種類(lèi)型。
線性穩(wěn)壓器
因工作時(shí)輸入與輸出的關(guān)系呈線型，故被稱為"線性穩(wěn)壓器"。
因輸入與輸出間串聯(lián)有控制元件，有時(shí)也被稱為"串聯(lián)穩(wěn)壓器"。
通過(guò)控制元件降壓，因此輸入與輸出的電壓差（降壓程度）越大損耗就越大，效率也越低。
因此適用于小功率的電源。
如下是線性穩(wěn)壓器的優(yōu)缺點(diǎn)。
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器
接通開(kāi)關(guān)元件（MOSFET），從輸入端向輸出端供電，直至輸出電壓達(dá)到所需電壓。
輸出電壓達(dá)到規(guī)定值后，開(kāi)關(guān)元件即關(guān)閉，不再消耗輸入功率。
通過(guò)高速重復(fù)這一動(dòng)作，將輸出電壓調(diào)節(jié)到規(guī)定值。
如下是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器優(yōu)缺點(diǎn)。
線性穩(wěn)壓器的工作原理
一般的引腳構(gòu)成
線性穩(wěn)壓器基本上由VIN （輸入）、VO （輸出）、GND （接地）三個(gè)引腳構(gòu)成。
在輸出可變的線性穩(wěn)壓器上添加了用于反饋輸出電壓的FB（反饋引腳）。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電壓固定型是內(nèi)置了電壓可變型的外接電阻的穩(wěn)壓器。
內(nèi)部電路
線性穩(wěn)壓器的內(nèi)部電路概要如下圖所示。
其工作原理與反相放大電路相同，誤差放大器的非反相引腳（FB）電壓與基準(zhǔn)電壓 (VREF) 相同，因此輸出電壓值（VO）由兩個(gè)電阻（R1和R2）的阻值比決定。
Vo=[ (R1+R2) / R2 ] x VREF
下圖的輸出晶體管為MOSFET，不過(guò)也有使用雙極晶體管的產(chǎn)品。
線性穩(wěn)壓器的分類(lèi)
按功能分類(lèi)
線性穩(wěn)壓器按功能進(jìn)行分類(lèi)時(shí)，首先可分為正電壓用和負(fù)電壓用兩種，如下圖。
根據(jù)使用電路不同，也有不需要正電源，而需要負(fù)電源的產(chǎn)品。
若只有正側(cè)電源，則不能處理接地電位以下的電壓，不能將晶體管的輸出引腳的電壓分配至負(fù)電平。將控制晶體管裝入負(fù)輸出線，從而產(chǎn)生負(fù)電壓。
其次，還可分為電壓固定型和電壓可變型兩種。固定型由輸入、輸出、GND三個(gè)引腳構(gòu)成，內(nèi)置有輸出電壓設(shè)定用電阻。
可變型為GND基準(zhǔn)型時(shí)，添加反饋引腳變成四個(gè)引腳?？勺冃椭幸灿袩o(wú)GND引腳的浮動(dòng)工作型，這種情況為三個(gè)引腳。
電壓固定型和電壓可變型之后還可分為標(biāo)準(zhǔn)型和LDO兩種。
LDO是Low Dropout的縮寫(xiě)，是降低了輸入輸出間電位差的線性穩(wěn)壓器。標(biāo)準(zhǔn)型的輸入輸出間電位差最低也有約2V，而LDO可控制在1V以下。
何謂LDO？
LDO是Low Dropout的縮寫(xiě)，是即使較低的輸入輸出間電位差也可進(jìn)行工作的線性穩(wěn)壓器:深入理解LDO。
有時(shí)也稱為低損耗型線性穩(wěn)壓器或低飽和型線性穩(wěn)壓器。
關(guān)于LDO的輸入輸出間電位差并無(wú)數(shù)值性的定義，一般是指穩(wěn)壓器穩(wěn)定工作時(shí)最低電位差可控制在1V以下的穩(wěn)壓器。
例如，對(duì)于需要3.3V電源的IC，由于標(biāo)準(zhǔn)型不可制作5V到3.3V電源，因此，需要輸入輸出間電位差較低的LDO。
這樣，LDO在輸出與標(biāo)準(zhǔn)型穩(wěn)壓器相同的電壓時(shí)，也可設(shè)定較低的輸入電壓。
通過(guò)低電位差工作，可使能量損耗較少，可進(jìn)行抑制散熱等設(shè)計(jì)。
壓降
在線性穩(wěn)壓器的內(nèi)部，從VIN到VO間加入了晶體管，使此晶體管穩(wěn)定工作所需的輸入輸出間最低電位差稱為壓降。
輸入輸出間電壓差低于壓降時(shí)，晶體管難以維持穩(wěn)定的工作，輸出電壓會(huì)降低。
這樣，為了使含有LDO的線性穩(wěn)壓器工作，設(shè)定了所需的最低輸入電壓值，此時(shí)(VO + 壓降) 即為穩(wěn)壓器的最低工作電壓值。
輸入電壓值 (VIN) 低于最低工作電壓時(shí)，輸出電壓不能穩(wěn)定工作。
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