电源知识——LDO线性电源、开关电源（基础）
电源
开关电源
三种开关电源的拓扑结构，
1、在反馈电阻的地方并联一个电容，可以在输出高频干扰的情况下快速反馈回FB。对零极点的改变，改变环路稳定性。（有一定的软起动作用，但不是目的，因为PF级别的影响有限），软起动主要控制EN脚。
2、若BUCK电路二极管可以换成mos管，其优点是压降小，导通电阻小，功耗小，反应速度短，但是要注意死区，防止两个MOS管同时导通，不过目前集成IC控制的不错。
3、EN同时上下都拉电阻，本质上是分压，目的是en电压比vin低，比vin更快掉到他的阈值电压以下，vin波动，可能出现vin比EN低，做欠压保护。尤其是输入段那边有电机这些。如果电压突然高-低-高，单片机无法复位，可能跑飞。（比如2.9-3.3V工作电压，没有那样干可能出现2.7V供电，但是复位可能是0V）
4、为什么要自举电路，因为上管控制是NOMS管，为了NMOS导通，则要VGS有压差，即G栅极电压比S源极电位高，要维持打开就要栅极电压大于12V（输出电压），用自举来升压得到大于输出电压的电压使得MOS管正常开关。
虽然PMOS比NMOS更好控制，高12V关断低打开（只需要0，12V两个电平），但实际大电流输出的集成DCDC芯片都是采用了NMOS。用N不用P是工艺问题，PMOS难实现大电流。因此有自举电路的上管就是N管，没有自举电路的就是P管，一般情况下大电流输出用N管，小电流输出用P管。
5、PCBLayout注意，反馈不能走内置mos管的DCDC芯片下面，避免把开关频率耦合上反馈去了，造成输出纹波很大，要注意电容耦合摆放的位置，要注意温升高的元件摆放位置和散热处理。
6、开关电源中的电感要选合适的。电感量太小的，电源输出纹波大，而且系统会不稳定，会引起振荡现象，而且对输出电容的纹波电流增大，电容寿命受影响。
电感值大，理论上是滤波效果更好，但电感量太大了，损耗是会增大，而且会引起整个系统的相位移动，相位裕量不足，开环增益变小，瞬态响应变差,而且当输出短路时,对输出整流管的电压应力会增大整流管会烧坏。且相同尺寸电感，感值越高，其饱和和温升电流越小，（当有效磁导率取得过大）电感容易饱和发烫（电感饱和会导致L值急剧减小，流过电感的电流急剧增加进而导致开关管、二极管等器件烧坏），而且感值越大，直流电阻也越大，电流上升或者下降的速度就越慢，对开关电源的效率也有影响。
LDO相关知识可参考：电子电路学习笔记（14）——LDO(低压差线性稳压器)_Leung的博客-CSDN博客_ldo电路
线性电源
LDO种类
因为LDO也属于线性电源，目前线性电源中最常用的也是LDO，因此全文以LDO为例子讲明线性电源的知识，知识互通等效。
LDO（low dropout regulator，低压差线性稳压器）。这是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78XX系列的芯片都要求输入电压要比输出电压至少高出2V~3V，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5V转3.3V，输入与输出之间的压差只有1.7v，显然这是不满足传统线性稳压器的工作条件的。针对这种情况，芯片制造商们才研发出了LDO类的电压转换芯片。
1、PMOS LDO：
常见的LDO是由P管构成的，由于LDO效率比较低，因此一般不会走大电流。
2、NMOS LDO：
针对某些大电流低压差需求的场合，NMOS LDO应运而生。
3、传统PNP LDO：
正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为 PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右。
4、传统NPN LDO：
使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。
工作原理
LDO=low dropout regulator，低压差+线性+稳压器。
低压差： 输出压降比较低，例如输入3.3V，输出可以达到3.2V。
线性： LDO内部的MOS管工作于线性电阻。
稳压器： 说明了LDO的用途是用来给电源稳压。
1、内部结构
以PMOS LDO为例：
LDO内部基本都是由4大部件构成，分别是分压取样电路、基准电压、误差放大电路和晶体管调整电路。
分压取样电路： 通过电阻R1和R2对输出电压进行采集；
基准电压： 通过bandgap（带隙电压基准）产生的，目的是为了温度变化对基准的影响小；
误差放大电路： 将采集的电压输入到比较器反向输入端，与正向输入端的基准电压（也就是期望输出的电压）进行比较，再将比较结果进行放大；
晶体管调整电路： 把这个放大后的信号输出到晶体管的控制极（也就是PMOS管的栅极或者PNP型三极管的基极），从而这个放大后的信号（电流）就可以控制晶体管的导通电压了，这就是一个负反馈调节回路。
2、负反馈流程
以PMOS LDO为例：
A、反馈回路
当输出电压Vout由于负载变化或其他原因电压下降时，两个串联分压电阻两端的电压也会下降，进而A点电压下降，A点的电位和基准电压VREF
电位相比较，误差放大器会减小它的输出，使得PMOS管G极电压下降，PMOS管VS 电压不变，进而使得∣ VGS∣的压差增加（我们用Vgs和Vds的绝对值描述PMOS更直观），ISD会增加，输出电流Iout增加就会使得输出电压Vout上升，完成一次反馈控制，使得Vout 又回到正常电位。
过程如下：Vout↓ —> VA↓ —> VG↓—> Iout↑ —> Vout↑
当输出电压Vout增大时，A点电压VA 增大，放大器输出电压增加，PMOS管的G极电压VG增大，∣ VGS∣减小，PMOS的输出电流ISD减小，输出电压Vout减小。
过程如下：Vout↑ —> VA↑ —> VG↑ — I>out↓ —> Vout↓
B、PMOS驱动的反馈
上面的描述中有两个地方格外介绍下，其一是，当VA小于VREF时，G点的电位就会减小，通俗点理解，运算放大器总是倾向于使得正（+）负（-）输入端的电压相等，因此，当VA小于VREF时，运放就会减小输出。
另一点是，G电位下降后为什么Iout就上升呢？这就涉及到PMOS工作状态，下图是PMOS的输出特性曲线，或者叫做伏安特性曲线，是PMOS本身的一个特性，根据G、D、S电压不同，MOS会工作在不同的区域，即可变电阻区，饱和区(恒流区)，截至区。LDO中的MOS是工作在恒流区的。
顺着下图绿色箭头指示方向|VGS|逐渐上升，ID 跟着|VGS|上升而上升，而这段区域内不管VDS怎么变换ID基本不变，换句话说，恒流区内，ID只受|VGS|控制，因此基于MOS的放大器有时也被叫做跨导放大器。这就是PMOS LDO工作原理的核心部分。
LDO工作原理就一句话：通过运放调节P-MOS的输出。
主要参数
1、输入输出压差（Dropout Voltage）：
对于LDO来说，输入电压是高于输出电压的，但是两者压差一般都是很小，LDO的输入电流几乎等于输出电流，因此压差越大，效率越低（本身吃掉了很多能量电流×晶体管压降），压差越小，LDO电压转换效率越高以及能量损耗越小。
压差VDROPOUT是指输入电压进一步下降而造成 LDO 不再能进行调节时的输入至输出电压差。在压差区域内，调整元件作用类似于电阻，阻值等于漏极至源极导通电阻RDSON
差用RDSON和负载电流表示为：
VDROPOUT = ILOAD×RDSON
2、电源抑制比（PSRR）：
LDO的 PSRR数据是用来量化LDO对不同频率的输入电源纹波的抑制能力的，它反映了LDO不受噪声和电压波动、保持输出电压稳定的能力。在特定频段内，PSRR越大越好。
100K到1MHz内的PSRR非常重要，这个是DCDC的噪声频率范围，LDO经常作为DCDC的下一级，要有能力滤除来自DCDC的大量噪声。
在ADC，DAC，Camera的AVDD供电上，我们要选择PSRR大于80dB（@100Hz）的LDO。LDO的环路控制往往是确定电源抑制性能的主要因素，同时大容量，低ESR的电容对电源一直也非常有用，建议选择陶瓷电容。
PSRR与频率有关，LDO的规格书一般会给出几个频点的PSRR值。
3、噪声（Noise）：
不同于PSRR，噪声是指LDO自身产生的噪声信号，低噪声的LDO稳压芯片可以很好的降低LDO产生的额外噪声，输出的电压更纯净，噪声一般计算出的值是有效值(rms)，也可以用peak to peak来分析。
如下是某LDO的噪声水平，通常在uV级别。
LDO输出噪声的另一种表示方式是噪声频谱密度。只有高精度，低噪声电路上才需要关注这个参数。
4、静态电流（Iq）：
静态电流（Quiescent Current）是外部负载电流为0时，LDO内部电路供电所需的电流。内部电路包括带隙基准电压源、误差放大器、输出分压器以及过流和过温检测电路。这个电流经过从LDO的GND流出。
在一些电池供电低功耗场景下，要考虑LDO本身自身消耗的静态电流。休眠阶段的电源消耗成为影响电池寿命的关键因素。要想最大限度地降低睡眠期间的功率消耗，选择具有极低静态电流的器件就是必须的。**一般LDO芯片的静态电流的大小与芯片的其他性能成反关系，如低噪声，高电源电压抑制比，动态性能好的LDO静态电流都偏大一些。**低IQ的LDO做的好的话＜100nA。
应用电路
ACDC电路
最常见的AC/DC电源，交流电源电压经变压器后，变换成所需要的电压，该电压经整流后变为直流电压。
在该电路中，低压差线性稳压器的作用是：在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压，抑制纹波电压，消除电源产生的交流噪声。
蓄电池电路
各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化，为了保证蓄电池组输出恒定电压，通常都应当在电池组输出端接入低压差线性稳压器。
低压差线性稳压器的功率较低，因此可以延长蓄电池的使用寿命，同时，由于低压差线性稳压器的输出电压与输入电压接近，因此在蓄电池接近放电完毕时，仍可保证输出电压稳定。
开关性稳压电源电路
众所周知，开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。
在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器，就可以实现有源滤波，而且也可大大提高输出电压的稳压精度，同时电源系统的效率也不会明显降低。
共电池电路
在某些应用中，比如无线电通信设备通常只有一足电池供电，但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压，因此必须由多只稳压器供电。
为了节省共电池的电量，通常设备不工作时，都希望低压差线性稳压器工作于睡眠状态，为此，要求线性稳压器具有使能控制端。
有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控制功能的供电系统。
附加功能
通/断控制功能，允许使用机械开关、门电路或单片机来关断LDO的输出，使之进入低功耗的待机模式(亦称备用模式)。
输入电压反极性保护功能用来防止当输入电压极性接反时损坏LDO。
故障标记输出功能,当输出电压(或输入电压)低于规定阈值电压时，LDO能输出故障标记信号，微处理器在接收到此信号后，可及时完成数据存储等项工作。
瞬变电压保护功能，将LDO用于汽车电子设备时，需要对负载的瞬态变化(如突然卸载)进行保护，一旦输出端出现瞬变电压，立即将输出关断，等瞬变电压过去之后，又迅速恢复正常工作。
跟踪能力某些多路输出式LDO需要具有跟踪能力，其中一路或几路辅助输出电压能自动跟踪主输出电压的变化，并及时调整自己的输出电压值，以减小各路输出之间的相对变化量。
排序，所谓排序，就是在多个稳压电源构成的电源系统中，使每个稳压电源的输出都能按照规定的顺序接通或关断。
选取原则
电压类型：确定电路需要的电压类型是正电压还是负电压。正电压的器件较多，负电压的器件可以考虑LM2991（较多大公司使用）。
输入电压：稳压器输入端可以输入的电压范围（注意输入电压需要降额80％考虑）。
输出电压：稳压器输出端的输出电压值，不要选有ADJ功能的，这样节省器件，降低干扰。
输出电流：稳压器输出端的最大输出电流值（至少留25%裕量）。
压差：确定压差是否合适，一定要查看规格书上，对应最大电流的最小压差要求。
封装：单板PCB、结构尺寸和生产线对封装形式的要求。
线性调整率：稳压器输入变化对输出的影响，即在负载一定的情况下，输出电压变化量和输入电压变化量之比。线性调整率越小越好。
负载调整率：是指在给定负载变化下的输出电压的变化，这里的负载变化通常是从无负载到满负载。负载调整率越小越好。
电源纹波抑制比(PSRR)：表示稳压器抑制由输入电压造成的输出电压波动的能力。线性调整率只有在直流电时才需要考虑，但是电源抑制比必须在宽频率范围上考虑。PSRR是一个用来描述输出信号受电源影响的参量，PSRR越大，输出信号受到电源的影响越小。如果用在低噪声场合，一定要选择高PSRR（80dB以上）的LDO，建议在80dB以上。
瞬态响应：表示负载电流突变时引起的输出电压的最大变化，它是输出电容及其等效串联电阻和旁路电容的函数。其中输出电容的作用是提高负载瞬态响应的能力，也起到了高频旁路的作用。
静态电流(Iq)：又叫接地电流，是通路元件的偏流和驱动电流的组合，通常保持尽可能低的水平。静态电流越大，稳压器的效率越低。如果是电池供电，对续航要求很高，一定要选择Iq低的LDO。
最大耗散功率：为了确保LDO节点温度不至于过高而损坏，LDO都必须计算最大耗散功率。LDO的实际耗散功耗要小于最大耗散功率，否则可能损坏LDO芯片。
输出电容以及ESR值：如果器件对输出电容以及ESR有特殊要求，考虑公司现有器件是否满足要求（几乎每一家的LDO，CIN和COUT都要求1uF以上，ESR越低越好，最好小于100mΩ，但也不能太小，低于几个mΩ也可能使LDO工作不稳定）。
LDO和DCDC区别
LDO外围器件少，电路简单，成本低，通常只需要一两个旁路电容；
DC-DC外围器件多，电路复杂，成本高；
LDO负载响应快，输出纹波小；
DC-DC负载响应比LDO慢，输出纹波大；
LDO效率低，输入输出压差不能太大；
DC-DC效率高，输入电压范围宽泛；
LDO只能降压；
DC-DC支持降压和升压；
LDO和DC-DC的静态电流都小，根据具体的芯片来看；
LDO输出电流有限，最高可能就几A，且达到最高输出和输入输出电压都有关系；
DC-DC输出电流高，功率大；
LDO噪声小；
DC-DC开关噪声大，为了提高开关DC-DC的精度，很多应用会在DC-DC后端接LDO；
LDO分为可调和固定型；
DC-DC一般都是可调型，通过FB反馈电阻调节；