電源模塊在生活中應用在很多場景上面,例如在通訊方面、工業自動化、電力控制、鐵路、礦業、軍工等領域。直流電源轉換模塊分為兩種:低壓差線性電源(LDO)和開關電源(DC-DC)。
1、LDO
傳統的線性穩壓器,如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v~3V以上,否則就不能正常工作。但是在一些情況下,這樣的條件顯然是太苛刻了,例如5V轉3.3V,輸入與輸出的壓差只有1.7v,顯然是不滿足條件的。針對這種情況,才有了LDO類的電源轉換芯片。
線性電源主要使用LDO(low dropout regulator),即低壓差線性直流穩壓電源模模塊。
LDO通過調整電路管的阻抗變化使輸出電壓保持穩定,當輸出電壓由輸入電壓升高或負載電流減小,出現輸出電壓偏離設定值而升高的趨勢時,通過負反饋使調整管的阻抗增大,降低輸出電壓使之恢復設定值而保持穩定。當輸入電壓降低或負載電流增大,出現輸出電壓偏離設定值而降低的趨勢時,通過負反饋使調整管的阻抗減小,提高輸出電壓使之恢復設定值而保持穩定。
現在的LDO集成度高,一般只需要2個電容(一般是2個1uF)和一個LDO芯片即可,電路簡單,如下所示:
2、DC-DC
開關電源DC-DC(Directcurrent-Directcurrent)轉換器是由調節芯片、電桿電磁線圈、二極管、三極管和電容器組合而成,開關電源DC-DC為轉換成輸入工作電壓后有效輸出穩定工作電壓的電壓轉換器。開關穩壓電源(DC-DC)是利用開關電源電路輸出占空比或工作頻率可調式的脈沖發生器,利用高頻率穩壓管、電感器、電容器形成直流電輸出電壓,利用更改占空比或工作頻率而調節輸出電壓。
開關電源DC-DC包括三種類型:BUCK(降壓)、BOOST(升壓)、BUCK/BOOST(升降壓)。按照市場需求可選用三種調節,PWM調節型工作效率高并具備良好的輸出電壓紋波和噪聲,PFM調節型即便長時間應用,特別是在小負載時具備耗電量小的特點。PWM/PFM轉換成型小負載時推行PFM調節,且在重負載時系統自動轉換成到PWM調節。
一個典型的DC-DC BUCK電路,包括輸入輸出電容,FREQ頻率設置,EN使能管腳,FB反饋電阻,SW上加續流二極管和電感,BST電容,COMP頻率補償等,如下圖所示:
3、選型標準
LDO和DC-DC倆者性能指標差異主要是:線性穩壓電源(LDO)的輸出電壓紋波小,然而在輸入工作電壓和輸出電壓相距比較大時轉換成工作效率較低,只有降壓不可以升壓。開關穩壓電源(DC-DC)的紋波大,然而在輸入工作電壓和輸出電壓相距比較大時轉換成工作效率較高,并能完成升、降壓輸出。具體細節區別如下所示:
LDO外圍器件少,電路簡單,成本低;DC-DC外圍器件多,電路復雜,成本高;
LDO負載響應快,輸出紋波小;DC-DC負載響應比LDO慢,輸出紋波大;
LDO效率低,輸入輸出壓差不能太大;DC-DC效率高,輸入電壓范圍寬泛;
LDO只能降壓;DC-DC支持降壓和升壓;
LDO和DC-DC的靜態電流都小,根據具體的芯片來看;
LDO輸出電流有限,最高可能就幾A,且達到最高輸出和輸入輸出電壓都有關系;DC-DC輸出電流高,功率大;
LDO噪聲小;DC-DC開關噪聲大,為了提高開關DC-DC的精度,很多應用會在DC-DC后端接LDO;
LDO分為可調和固定型;DC-DC一般都是可調型,通過FB反饋電阻調節。
總的來說,升壓是一定要選DC-DC的,降壓,是選擇DC-DC還是LDO,要在成本,效率,噪聲和性能上比較。
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