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ldo和dcdc的區別 為什么不直接用電阻而需要使用LDO

jf_iZR6mdqV ? 來源:硬件大熊 ? 2023-08-14 09:06 ? 次閱讀

首先說明下這篇文章適合于對電源技術淺嘗輒止的初學者,之所說適合是因為包括很多專業技術人員,在入門電源技術之初,基本都會陷入諸如LDODC-DC區別”、“LDO與DC-DC在選型上該如何取舍”等問題,對于LDO與DC-DC的各種疑惑存在于采購、工程、軟件等非硬件人員中,因此,若你是硬件專業人員,這篇文章對于你來說可能是你早已理解過的知識,若你認為以下文字描述的還比較恰當且容易理解,那么當有一名采購同事或軟件工程師再問你類似的問題,你可以轉發這個給他而非多次重復回答這個問題。

LDO:低壓差線性調整器

DC-DC:開關型調整器

關于LDO:

如下圖,假如有一個電池5V,一個LED燈的驅動電壓為2.5V,你不能直接把燈接到電池上,因為5V的電壓對于燈來說過高會直接把燈燒壞,因此你必須串聯一個電阻,而且這個電阻的設計原則是在保證燈的亮度下承擔“過剩”的電壓,也就是5V-2.5V = 2.5V 。(具體這個電阻阻值怎么算假如我們燈需要流過5mA的電流,那么對于串聯電路中,各個點的電流相同可知,電阻流過的電流也為5mA,根據歐姆定律可知電阻阻值R = 2.5V / 5mA = 0.5KΩ。)

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在如上的理解中,5V供對負載LED燈進行驅動的過程為“降壓”,而電阻“承擔剩余壓降”,這個作用就是LDO要達到的效果,就像現在找到一個輸出電壓為2.5V的LDO,我們可以做到如下圖(為了避免干擾,我暫時不放入限流電阻)。

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“為什么不直接用電阻而需要使用LDO”:

因為但你把電池換為9V的電池時,為了承擔“剩余電壓 9-2.5=6.5V”,你必須更換一個更大的電阻以“承擔剩余電壓”,而LDO芯片內部會自我反饋調節,依然穩定輸出2.5V。實際上,LDO是通過輸入和輸出之間串聯晶體管電路來實現降壓功能,該晶體管電路工作在其“電壓 - 電流特性曲線”的線性區,起到可變電阻的作用,因此也叫線性調整器

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如上圖,過剩電壓Vin - Vout的差值通常稱為LDO的壓差,顯而易見,Vout是由Vin去掉被分擔的過剩電壓后得到值,因此Vout一定小于Vin,這就如同于你有一盆水要分給一個小杯子一樣,你必須用另外一個盆子去裝剩余的水。

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應當注意,并沒有正式的規定壓差值為多少時可以稱線性調整器為低壓差,一般認為最小壓降為200mV甚至更低才能成為低壓差線性調整器,即LDO

對于DC-DC,你依然可以用水的概念理解:

LDO:你有一盆水要分給一個小杯子一樣,你必須用另外一個盆子去裝剩余的水

DC-DC:你有一盆水要分給一個小杯子,你找來了一個水龍頭,你通過調節水龍頭水量的大小,一邊觀察小水杯的水是否已經滿了,一邊通過操作“開水-關水-開水-關水”的動作,直到小水杯的水剛好為你想要的量。

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實際上,DC-DC的基本類型之一如下,DC-DC的晶體管電路處于開關狀態,它將能量一點點給予到輸出,如同一個車擠滿了人,一輛輛大巴一趟又一趟地將人群輸送到目的地。

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而,LDO的晶體管電路處于放大狀態,因此輸出不需要用到的能量必須由晶體管電路進行承擔消耗,由此這也就可以理解DC-DC的能量轉化比較高,因為它分為多次傳送,理想狀態下不需要中間額外的消耗。因此對于轉化效率要求比較高的設計中,選用DC-DC會更加靠譜,就比如220V的電壓,你想要降為2.5V給LED燈,當你使用LDO時,有220-2.5 = 217.5V的剩余電壓額外消耗,此時乘以流過的電流5mA,則功率為217.5 * 5 = 1.087W,該功率以熱量消耗掉,你的LDO會發燙!

回歸到LDO,你選型時需要關注的基本概念有:

壓差、裕量電壓、靜態電流、接地電流、關斷電流、效率、直流輸入電壓和負載調整率、 輸入電壓和負載瞬態響應、電源抑制比(PSRR)、輸出噪聲和精度

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責任編輯:彭菁

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原文標題:LDO與DC-DC 的入門理解

文章出處:【微信號:電子設計聯盟,微信公眾號:電子設計聯盟】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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