电路设计中LDO与DC-DC的选择问题（LDO篇）

|版权声明：本文为博主原创文章，转载请注明出处。https://blog.csdn.net/NeverImagine_/article/details/92783318

  直流电分为两大类：线性电源和开关电源。

  在实际应用中，总会需要同时用到多个直流电压，这是需要用到电源芯片实现电压的转换。DC-DC和LDO都可以实现电压的转换，但是二者实现电压转换的方式则有本质不同。要想了解二者的区别和应用场景，需从原理上进行分析。

一、LDO
Ⅰ 原理
  LDO，全称低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator），属于线性电源，应用时所需要的外接元件较少，一些型号的LDO只需在输入端和输出端各接一个滤波电容。如图一所示：
                   图一
其内部结构如图二：

                    图二
  通过电阻R1、R2对输出电压进行采样，将采集的电压与基准电压（期望输出电压值）进行比较、放大，再通过PMOS管栅极（PNP三极管基极）反馈给输入部分，通过调节晶体管的导通压降进行动态的输出稳压。
  注意：① 无论晶体管是PMOS还是PNP，一定要工作在线性区（放大状态）。
     ② 由于晶体管的导通压降很小，输入输出电压的差值可以降至很小，所以称之为低压差
     ③ 负反馈的拓扑决定了LDO的输出电压十分稳定。

Ⅱ 参数
1、压差
  压差是指输入电压与输出电压的差值，一般压差越小，LDO工作效率越高。
2、静态电流（Iq）
  静态电流如图二中Iq，指空载情况下LDO内部产生的电流消耗（采样电阻和基准电压源部分）。在实际应用中，损耗当然是越小越好，在低功耗应用中尤其重要。
3、电源抑制比（PSRR）
  是指LDO输出对输入纹波噪声的抑制作用。
        PSRR(dB)=20×log10【⁡V(ripple_in)/V(ripple_out) 】
  式中，Vripple_in为输入电压纹波，Vripple_out为输出电压纹波。根据公式可知，PSRR越大，表明LDO对于纹波的抑制效果越好。
4、效率
  效率定义为出功率与输入功率的比值，即：
               η= Po/Pi×100%
  LDO由于其原理决定了其本身效率并不高（采样电路的电流消耗以及晶体管本身的压降导致），例如供电电压为4节干电池串联6.4V，输出3.3V时，效率只有51%。
5、温度性能
  在LDO工作时，散热是很重要的问题，在选择时需要根据使用场景计算LDO可能达到的最大温度，判断是否会烧毁LDO。
  计算方法：
  ① 首先计算功耗Pd　
         Pd = （Vinmax- Voutmin ）Iomax+ Vinmax × Iq
  其中: Pd 为最恶劣情况下的实际功耗， Vinmax 为最大输入电压，Voutmin为稳压器输出的最小电压，Iomax为最大（负载）输出电流。由于Iq << Iomax，计算时可忽略。
  ② 根据datasheet标注的RθJA参数计算温升：
              ΔT = Pd×RθJA
  RθJA表示结对环境热电阻，单位为℃/W。
  这样可以粗略计算出LDO在极限条件下的温升情况，选型时需要重点考虑温度因素。另外，市面上部分LDO并没有标出 RθJA参数，这时可以根据封装的型号，凭经验估计散热的情况进行选择。

Ⅲ 成本
  根据原理可以知道，LDO具有稳压性好，纹波小，静态电流小，在输入电压与输出电压接近的情况下可以达到很高的效率，外部电路简单，在PCB布板时比较方便，并且价格便宜，一颗LDO大概在0.5元左右，相比DC-DC来说要便宜一些，关于成本问题下文中会与DC-DC进行对比分析。