LDODCDC基础知识

1、LDO/DCDC基础知识 LDO是low dropout regulator，意为低压差线性稳压器。LDO的基本电路如右图所示，该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A、基准电压源Uref组成。取样电压加在比较器A的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。当输出电压Uout降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相反，若输出电压Uout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。供电过程中，输出电压校正

2、连续进行，调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。 LDO的原理 线性稳压器的作用相当于一个可控制的可变电阻，通过改变与负载之间的电阻比例来调整输出电压，使输出电压保持稳定 R1相当于调整管的导通电阻Rdson，对MOSFET来说可以由栅源驱动电压来控制，对三极管来说是控制基极电流 实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功，比如负载短路保护、过压保护、过热保护、反接保护等，而且串联调整管现在大部分都采用MOSFET,从而使Dropout电压更低。LDO的原理 1 1输出电压输出电压(Output Voltage)(Output Voltage) 输出电压是低压差线性稳压器最重要的参

3、数之一，也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便，而且由于输出电压是经过厂家精密调整的，所以稳压器精度很高。但是其设定的输出电压数值均为常用电压值，不可能满足所有的应用要求，但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。 2 2最大输出电流最大输出电流(Maximum Output Current)(Maximum Output Current) 用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需的电流值选择适当

4、的稳压器。 LDO的参数 3 3输入输出电压差输入输出电压差(Dropout Voltage)(Dropout Voltage) 输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。该电压差就是在负载电流一定的条件下，输入电压和输出电压的差值，在保证输出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。比如，RICHTEK的RT9193的Dropout电压为：220mV 300mA4 4接地电流接地电流(Ground Pin Current)(Ground Pin Current) 接地电流是指串联调整管输出电流为零时，输入电源提供的稳压器工作电流。该电流也称为静态电流(Quiescent

5、Current)，常用Ignd或Iq表示，该值一般为uA级别。通常较理想的低压差稳压器的接地电流很小。 LDO的参数 5负载调整率负载调整率(Load Regulation) 负载调整率可以通过右图和右式来定义： Vload负载调整率 ImaxLDO最大输出电流 Vt输出电流为Imax时，LDO的输出电压 Vo输出电流为0.1mA时，LDO的输出电压 VVo和Vt的差值电压 该指标反映的是负载电流的变化对输出电压的影响，该值越小，说明LDO抑制负载干扰的能力越强，LDO的性能越好。LDO的参数 6线性调整率线性调整率(Line Regulation) 线性调整率可以通过右图和右式来定义， Vl

6、ineLDO线性调整率 VoLDO名义输入电压 VmaxLDO最大输入电压 VLDO输入电压分别为Vo和Vmax时，输出电压的差值 该指标反映的是输入电压变化对输出电压的影响，该值越小，输入电压变化对输出电压影响越小，LDO的性能越好。LDO的参数 7、PSRR 纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分 PSRR，是 Power Supply Ripple Rejection Ratio 的缩写，中文含意为“电源纹波抑制比”，定义为LDO输入电压变化量(以伏为单位)与输出变化量(以伏为单位)的比值, 基本计算公式为： PSRR = 20logRipple(out) / Rip

7、ple (in) PSRR 的单位为分贝(dB)，采用对数比值。 PSRR是反应LDO输出对输入纹波抑制能力的一个交流参数，该值越小越好。 LDO的参数 8、NOISE 噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，其频率分布比较广，LDO的输出噪声很大一部分来自其基准电压，为了降低LDO的输出噪声，基准电压上一般接一个BYPASS电容，增大该电容，可以减小LDO的输出噪声，但会使LDO输出电压的上升速度变慢，使用是请注意。 噪声一般为在10Hz至100kHz频率范围内一定输入电压下其输出噪声电压的均方值，单位是VRMS。LDO的参数 9、转换效率、转换效率 忽略静态电流（Iq），LDO的效

8、率可用下式计算得出： LDO的参数 10、功耗、功耗 LDO的功耗可以用下式计算： Pldo=（Vin-Vout）*Iout+Vin*Iq 由静态电流引起的功耗很小，一般可以忽略不计。 LDO的功耗不能超过该LDO封装的最大功耗。 某器件封装的最大功耗可以由下式计算得出： PD(MAX) = ( TJ(MAX) TA ) /JA TJ(MAX)：该封装的最大连续结温 TA：环境温度 JA：结点到环境的热阻,单位是C/W 下面是两个常用封装的最大功耗： PD(MAX) = (125C25C) / (333 C/W)= 300mW (SC-70-5) PD(MAX) = (125C25C) / (

9、250 C/W )= 400mW (SOT-23-5)LDO的参数 11、输入输出电容、输入输出电容 LDO需要增加外部输入和输出电容器，除滤波作用外，输出电容器的等效串联电阻(ESR)会影响LDO的稳定性。具有较低ESR(10 m量级)的陶瓷电容通常是输入输出电容的首选，因为它们价格低而且故障模式是断路，相比之下钽电容比较昂贵且其故障模式是短路。一般建议使用X5R或X7R的1uF电容。LDO的参数 基带部分LDO的选择主要考虑的参数是：输入输出电压范围、最大输出电流、 Dropout电压、封装及功耗、转换效率等。 射频部分的LDO还需要考虑输出噪声及电源波纹抑止比 (PSRR) ，尽量选用输

10、出噪声低，PSRR值高的产品。 LDO的选择要素 DC-DC的原理的原理 DC/DC是开关电源芯片。 开关电源，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比D（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。开关电源可以用于升压和降压。 我们常用的DC-DC产品有三种类型，分别为BUCK、BOOST和BUCK/BOOST型。DC-DC的原理 1、BUCK BUCK型DC-DC主要用于降压，其原理如右图，当开关管Q1打开时，Vin通过L1给负载供电，L1中储藏电

11、能，当Q1闭合时，在L1内上会感应出反向的电动势，极性是左负右正，此时电感通过二极管D1给负载供电。输出的电压跟占空比D有关： Vout=Vin*D 该电路中由于频繁开关作用，所以要求二极管D1具有极高的回复速度，考虑到效率，该二极管还要具有低的正向导通电压，一般选用肖特基二极管。D1L1Q1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-DC-DC的原理 同步整流技术同步整流技术 同步整流是采用动态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DCDC变换器的效率。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系，其导通电阻极小。

12、用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。 DC-DC的原理L1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-M1M2 2、BOOST BOOST型DC-DC主要用于升压电路，其原理如右图，当开关管Q1闭合时，二极管D1截止，电流流经电感L1和开关管Q1，此时电容Cout给负载供电，当开关管Q1断开时，L1上产生反向的电动势，极性是左负右正，此时Vin和L1上的电动势叠加通过二极管给负载供电，同时给Cout充电。输出的电压同样跟占空比D有关： Vout=Vin/(1-D) D1L1Q1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-DC-DC的原理 3、BUCK/BOOST BUCK/BOOST型DC-DC既可用于降压，也可用于升压，其原理如右图所示，该类型电压输出 Vout=Vin*D/(1-D)D1L1Q1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-Q2D1DC-DC的原理 1、两者的效率不同,DCDC的效率一般要高于 LDO,这是其工作原理决定的； 2、DCDC有Boost、Buck、Boost/Buck，而LDO只有降压型； 3 、DCDC存在开关噪声和EMI问题，而LDO一般不会存在该问题； 4、LDO