LDO和DCDC簡介及有何區(qū)別分享-KIA MOS管

DCDC

DCDC的意思是直流變（到）直流（不同直流電源值的轉(zhuǎn)換），只要符合這個定義都可以叫DCDC轉(zhuǎn)換器。

常見的DCDC電路有buck、boost、buck-boost分別是降壓、升壓、降壓升壓電路。

LDO

LDO 是一種線性穩(wěn)壓器，使用在其飽和區(qū)域內(nèi)運行的晶體管或場效應(yīng)管（FET），從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內(nèi)所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。

LDO、DCDC的優(yōu)缺點

LDO是低壓降的意思，一段說明：低壓降（LDO）線性穩(wěn)壓器的成本低，噪音低，靜態(tài)電流小，這些是它的突出優(yōu)點。它需要的外接元件也很少，通常只需要一兩個旁路電容。新的LDO線性穩(wěn)壓器可達到以下指標(biāo)：輸出噪聲30μV，PSRR為60dB，靜態(tài)電流6μA，電壓降只有100mV。

DC-DC的意思是直流變（到）直流（不同直流電源值的轉(zhuǎn)換），只要符合這個定義都可以叫DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括LDO。但是一般的說法是把直流變（到）直流由開關(guān)方式實現(xiàn)的器件叫DC-DC。

LDO線性穩(wěn)壓器的性能之所以能夠達到這個水平，主要原因在于其中的調(diào)整管是用P溝道MOSFET，而普通的線性穩(wěn)壓器是使用PNP晶體管。

P溝道MOSFET是電壓驅(qū)動的，不需要電流，所以大大降低了器件本身消耗的電流；另一方面，采用PNP晶體管的電路中，為了防止PNP晶體管進入飽和狀態(tài)而降低輸出能力， 輸入和輸出之間的電壓降不可以太低；

而P溝道MOSFET上的電壓降大致等于輸出電流與導(dǎo)通電阻的乘積。由於MOSFET的導(dǎo)通電阻很小，因而它上面的電壓降非常低。

如果輸入電壓和輸出電壓很接近，最好是選用LDO穩(wěn)壓器，可達到很高的效率。

如果輸入電壓和輸出電壓不是很接近，就要考慮用開關(guān)型的DC-DC了，應(yīng)為從上面的原理可以知道，LDO的輸入電流基本上是等于輸出電流的，如果壓降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。

DC-DC轉(zhuǎn)換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是效率高、可以輸出大電流、靜態(tài)電流小。隨著集成度的提高，許多新型DC-DC轉(zhuǎn)換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器。但是，這類電源控制器的輸出脈動和開關(guān)噪音較大、成本相對較高。

總之，升壓是一定要選DC-DC的，降壓，是選擇DCDC還是LDO，要在成本，效率，噪聲和性能上比較。

LDO主要由調(diào)整管（工作在線性區(qū)，一般是晶體管或MOSFET）和放大器構(gòu)成。可調(diào)輸出LDO一般由外圍的兩個電阻來控制輸出電壓，但精度會受到電阻精度的影響，理論計算后還需要實測來調(diào)整。如果想要獲得高精度的輸出電壓，盡量選擇固定輸出的LDO。

需要關(guān)注的LDO參數(shù)：

1. 壓差（Dropout），有些芯片對Vin和Vout的差值會有要求，如果不滿足會導(dǎo)致輸出電壓不滿足要求。（在Vin和Vout差值較小時，應(yīng)選擇低壓差的LDO）

2. 輸入電壓、輸出電壓和輸出電流的范圍。2. 線性調(diào)整率，輸入電壓變化時對輸出電壓造成的影響。

3. 負(fù)載調(diào)整率，負(fù)載變化導(dǎo)致負(fù)載電流變化時，輸出電壓的變化量。

4. 溫度，由于LDO會產(chǎn)生熱量，所以需要考慮結(jié)溫。

在Vref引腳增加濾波電容，還可以進一步減小噪聲和紋波。

DCDC主要由調(diào)整管（工作在開關(guān)狀態(tài)，一般是MOSFET）和二極管、電感電容電阻組成。DCDC的工作原理是通過控制MOSFET的導(dǎo)通和截止的時間比率，來實現(xiàn)對輸出電壓的配置。

其中，導(dǎo)通和截止的時間比率一般由PWM（最常用）、PFM、混合式的調(diào)制方法。PWM是脈沖寬度調(diào)制，開關(guān)頻率恒定，調(diào)節(jié)脈沖的占空比；PFM是脈沖頻率調(diào)制，調(diào)節(jié)開關(guān)的頻率。

PFM在輕載狀態(tài)下效率高，但是紋波和噪聲相對于PWM較大。目前市場上也有PFM和PWM混合方式，集合兩者的優(yōu)點。

紋波電壓大的原因：電感具有儲能作用，在電路中隨著MOS管開關(guān)有充電和放電過程，導(dǎo)致電流也是出現(xiàn)波動過程（電路分析中通常為三角波）。

這個波動電流會在輸出端等效電阻（輸出電容的ESR和負(fù)載Rload）上形成紋波電壓。因此，如果想紋波電壓小，需要做好MOS管、輸出電容（最主要的因素）、電感的選型工作。

LDO與DCDC的區(qū)別：

1. LDO的輸出電流一般較小，需要考慮后級電路供電需求。DCDC支持大輸出電流。（與電路工作原理有關(guān)）

2. LDO的壓降落在調(diào)整管上導(dǎo)致功耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃俊．?dāng)功耗較大的時候，需要考慮散熱問題（一般LDO會有底部散熱焊盤，需要打過孔到GND）。DCDC電路中MOS管只承擔(dān)開關(guān)作用，基本無壓降，但存在開關(guān)損耗，相對于LDO來說，功耗低，因此基本無需考慮散熱問題。

3. LDO本身并不能保證上電時序，而DCDC本身存在一定延時，能保證輸出相對于輸入的延時。

4. LDO的紋波較小，尤其是對低頻噪聲有較強的抑制。DCDC中由于紋波電流和ESR的作用，會存在較大的紋波電壓。

5. LDO的成本低，外圍電路器件少，應(yīng)用簡單。DCDC電路通常外圍還需要增加MOS管和電感（有些集成的芯片無需外加mos管），增加了電路復(fù)雜度、成本和PCB面積。

6. LDO只有降壓，DCDC有多種類別可選擇。

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