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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,LDO/DCDC,基础知识,1,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,2,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,3,1输出电压(Output Voltage),输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数,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最大输出电流(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的稳压器。,LDO,的参数,4,3输入输出电压差(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 300mA,4接地电流(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 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,5,5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,6,6线性调整率(Line Regulation),线性调整率可以通过,右图和右式来定义，,VlineLDO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,7,7,、,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)/Ripple(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,8,8,、,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,9,9,、转换效率,忽略静态电流（,Iq,），,LDO,的效率可用下式计算得出：,LDO,的参数,10,10,、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)/(250 C/W)=400mW(SOT-23-5),LDO,的参数,11,11,、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,12,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),，尽量选用输出噪声低，,PSRR,值高的产品。,LDO,的选择要素,13,DC-DC,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,14,1,、,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。,DC-DC,的原理,15,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,DC,DC,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。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,16,2,、,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),DC-DC,的原理,17,3,、,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),DC-DC,的原理,18,1,、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,设计简单，只需一个输入和一个输出电容，外围元器件少，所占,PCB,的面积较小，而,DCDC,一般需要电感、二极管等，设计较复杂，所占,PCB,的面积较大；,LDO,和,DCDC,的区别,19,5,、,DCDC,可以输出较大的电流，而,LDO,输出电流较小；,6,、,DCDC,比,LDO,要贵。,LDO,和,DCDC,的区别,20,总的来说，升压一定要用,DCDC,，降压，是选择,DCDC,还是,LDO,，要在成本，效率，噪声和性能上进行比较。,LDO,和,DCDC,的区别,21,谢谢！,22,