LDO：LOW DROPOUT VOLTAGE LDO（是low dropout voltage regulator的縮寫(xiě)，整流器），低壓差線(xiàn)性穩壓器，故名思意，為線(xiàn)性的穩壓器，僅能使用在降壓應用中，也就是輸出電壓必需小于輸入電壓。

 

優(yōu)點(diǎn)：穩定性好，負載響應快，輸出紋波小。

缺點(diǎn)：效率低，輸入輸出的電壓差不能太大。負載不能太大，目前最大的LDO為5A（但要保證5A的輸出還有很多的限制條件）

 

DC/DC：直流電壓轉直流電壓。嚴格來(lái)講，LDO也是DC/DC的一種，但目前DC/DC多指開(kāi)關(guān)電源，具有很多種拓樸結構，如BUCK，BOOST等。

 

優(yōu)點(diǎn)：效率高，輸入電壓范圍較寬。

缺點(diǎn)：負載響應比LDO差，輸出紋波比LDO大。

 

那么，DC/DC和LDO的區別是什么？

 

DC/DC轉換器一般由控制芯片，電桿線(xiàn)圈，二極管，三極管，電容構成。DC/DC轉換器為轉變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉換器。DC/DC轉換器分為三類(lèi)：升壓型DC/DC轉換器、降壓型DC/DC轉換器以及升降壓型DC/DC轉換器。根據需求可采用三類(lèi)控制。PWM控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PFM控制型即使長(cháng)時(shí)間使用，尤其小負載時(shí)具有耗電小的優(yōu)點(diǎn)。PWM/PFM轉換型小負載時(shí)實(shí)行PFM控制，且在重負載時(shí)自動(dòng)轉換到PWM控制。目前DC-DC轉換器廣泛應用于手機、MP3、數碼相機、便攜式媒體播放器等產(chǎn)品中。

 

DC-DC簡(jiǎn)述原理：

其實(shí)內部是先把DC直流電源轉變?yōu)榻涣麟婋娫碅C。通常是一種自激震蕩電路，所以外面需要電感等分立元件。

然后在輸出端再通過(guò)積分濾波，又回到DC電源。由于產(chǎn)生AC電源，所以可以很輕松的進(jìn)行升壓跟降壓。兩次轉換，必然會(huì )產(chǎn)生損耗，這就是大家都在努力研究的如何提高DC-DC效率的問(wèn)題。

 

對比：

1、DCtoDC包括boost(升壓)、buck(降壓)、Boost/buck(升/降壓)和反相結構，具有高效率、高輸出電流、低靜態(tài)電流等特點(diǎn)，隨著(zhù)集成度的提高，許多新型DC-DC轉換器的外圍電路僅需電感和濾波電容；但該類(lèi)電源控制器的輸出紋波和開(kāi)關(guān)噪聲較大、成本相對較高。

2、LDO：低壓差線(xiàn)性穩壓器的突出優(yōu)點(diǎn)是具有最低的成本，最低的噪聲和最低的靜態(tài)電流。它的外圍器件也很少，通常只有一兩個(gè)旁路電容。新型LDO可達到以下指標：30μV輸出噪聲、60dBPSRR、6μA靜態(tài)電流及100mV的壓差。

 

LDO簡(jiǎn)述原理：

線(xiàn)性穩壓器能夠實(shí)現這些特性的主要原因在于內部調整管采用了P溝道場(chǎng)效應管，而不是通常線(xiàn)性穩壓器中的PNP晶體管。P溝道的場(chǎng)效應管不需要基極電流驅動(dòng)，所以大大降低了器件本身的電源電流；另一方面，在采用PNP管的結構中，為了防止PNP晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)降低輸出能力，必須保證較大的輸入輸出壓差；而P溝道場(chǎng)效應管的壓差大致等于輸出電流與其導通電阻的乘積，極小的導通電阻使其壓差非常低。當系統中輸入電壓和輸出電壓接近時(shí)，LDO是最好的選擇，可達到很高的效率。所以在將鋰離子電池電壓轉換為3V電壓的應用中大多選用LDO，盡管電池最后放電能量的百分之十沒(méi)有使用，但是LDO仍然能夠在低噪聲結構中提供較長(cháng)的電池壽命。

 

便攜電子設備不管是由交流市電經(jīng)過(guò)整流(或交流適配器)后供電，還是由蓄電池組供電，工作過(guò)程中，電源電壓都將在很大范圍內變化。比如單體鋰離子電池充足電時(shí)的電壓為4.2V，放完電后的電壓為2.3V，變化范圍很大。各種整流器的輸出電壓不僅受市電電壓變化的影響，還受負載變化的影響。為了保證供電電壓穩定不變，幾乎所有的電子設備都采用穩壓器供電。小型精密電子設備還要求電源非常干凈（無(wú)紋波、無(wú)噪聲），以免影響電子設備正常工作。為了滿(mǎn)足精密電子設備的要求，應在電源的輸入端加入線(xiàn)性穩壓器，以保證電源電壓恒定和實(shí)現有源噪聲濾波。

 

一、LDO的基本原理

低壓差線(xiàn)性穩壓器(LDO)的基本電路如圖1-1所示，該電路由串聯(lián)調整管VT（PNP晶體管，注：實(shí)際應用中，此處常用的是P溝道場(chǎng)效應管）、取樣電阻R1和R2、比較放大器A組成。

取樣電壓Uin加在比較器A的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準電壓Uref（Uout*R2/（R1+R2））相比較，兩者的差值經(jīng)放大器A放大后.Uout=(U+-U-)*A注A為比較放大器的倍數，）控制串聯(lián)調整管的壓降，從而穩定輸出電壓。

當輸出電壓Uout降低時(shí)，基準電壓Uref與取樣電壓Uin的差值增加，比較放大器輸出的驅動(dòng)電流增加，串聯(lián)調整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。

相反，若輸出電壓Uout超過(guò)所需要的設定值，比較放大器輸出的前驅動(dòng)電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過(guò)程中，輸出電壓校正連續進(jìn)行，調整時(shí)間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應速度的限制。

應當說(shuō)明，實(shí)際的線(xiàn)性穩壓器還應當具有許多其它的功能，比如負載短路保護、過(guò)壓關(guān)斷、過(guò)熱關(guān)斷、反接保護等，而且串聯(lián)調整管也可以采用MOSFET。

 

二、低壓差線(xiàn)性穩壓器的主要參數

1．輸出電壓(OutputVoltage)

輸出電壓是低壓差線(xiàn)性穩壓器最重要的參數，也是電子設備設計者選用穩壓器時(shí)首先應考慮的參數。低壓差線(xiàn)性穩壓器有固定輸出電壓和可調輸出電壓兩種類(lèi)型。固定輸出電壓穩壓器使用比較方便，而且由于輸出電壓是經(jīng)過(guò)廠(chǎng)家精密調整的，所以穩壓器精度很高。但是其設定的輸出電壓數值均為常用電壓值，不可能滿(mǎn)足所有的應用要求，但是外接元件數值的變化將影響穩定精度。

 

2．最大輸出電流(MaximumOutputCurrent)

用電設備的功率不同，要求穩壓器輸出的最大電流也不相同。通常，輸出電流越大的穩壓器成本越高。為了降低成本，在多只穩壓器組成的供電系統中，應根據各部分所需的電流值選擇適當的穩壓器。

 

3．輸入輸出電壓差(DropoutVoltage)

輸入輸出電壓差是低壓差線(xiàn)性穩壓器最重要的參數。在保證輸出電壓穩定的條件下，該電壓壓差越低，線(xiàn)性穩壓器的性能就越好。比如，5.0V的低壓差線(xiàn)性穩壓器，只要輸入5.5V電壓，就能使輸出電壓穩定在5.0V。

 

4．接地電流(GroundPinCurrent)

接地電路IGND是指串聯(lián)調整管輸出電流為零時(shí)，輸入電源提供的穩壓器工作電流。該電流有時(shí)也稱(chēng)為靜態(tài)電流，但是采用PNP晶體管作串聯(lián)調整管元件時(shí)，這種習慣叫法是不正確的。通常較理想的低壓差穩壓器的接地電流很小。

 

5．負載調整率(LoadRegulation)

負載調整率可以通過(guò)圖2-1和式2-1來(lái)定義，LDO的負載調整率越小，說(shuō)明LDO抑制負載干擾的能力越強。

 

圖2-1OutputVoltage&OutputCurrent

 

(2-1)

 

式中

△Vload—負載調整率

Imax—LDO最大輸出電流

Vt—輸出電流為Imax時(shí)，LDO的輸出電壓

Vo—輸出電流為0.1mA時(shí)，LDO的輸出電壓

△V—負載電流分別為0.1mA和Imax時(shí)的輸出電壓之差

 

6．線(xiàn)性調整率(LineRegulation)

線(xiàn)性調整率可以通過(guò)圖2-2和式2-2來(lái)定義，LDO的線(xiàn)性調整率越小，輸入電壓變化對輸出電壓影響越小，LDO的性能越好。

 

圖2-2OutputVoltage&InputVoltage

 

(2-2)

 

式中

△Vline—LDO線(xiàn)性調整率

Vo—LDO名義輸出電壓

Vmax—LDO最大輸入電壓

△V—LDO輸入Vo到Vmax''輸出電壓最大值和最小值之差

 

7．電源抑制比(PSSR)

LDO的輸入源往往許多干擾信號存在。PSRR反映了LDO對于這些干擾信號的抑制能力。

 

三、LDO的典型應用

低壓差線(xiàn)性穩壓器的典型應用如圖3-1所示。圖3-1(a)所示電路是一種最常見(jiàn)的AC/DC電源，交流電源電壓經(jīng)變壓器后，變換成所需要的電壓，該電壓經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟妷?。在該電路中，低壓差線(xiàn)性穩壓器的作用是：在交流電源電壓或負載變化時(shí)穩定輸出電壓，抑制紋波電壓，消除電源產(chǎn)生的交流噪聲。

 

各種蓄電池的工作電壓都在一定范圍內變化。為了保證蓄電池組輸出恒定電壓，通常都應當在電池組輸出端接入低壓差線(xiàn)性穩壓器，如圖3-1(b)所示。低壓差線(xiàn)性穩壓器的功率較低，因此可以延長(cháng)蓄電池的使用壽命。同時(shí)，由于低壓差線(xiàn)性穩壓器的輸出電壓與輸入電壓接近，因此在蓄電池接近放電完畢時(shí)，仍可保證輸出電壓穩定。

 

眾所周知，開(kāi)關(guān)性穩壓電源的效率很高，但輸出紋波電壓較高，噪聲較大，電壓調整率等性能也較差，特別是對模擬電路供電時(shí)，將產(chǎn)生較大的影響。在開(kāi)關(guān)性穩壓器輸出端接入低壓差線(xiàn)性穩壓器，如圖2-3(c)所示，就可以實(shí)現有源濾波，而且也可大大提高輸出電壓的穩壓精度，同時(shí)電源系統的效率也不會(huì )明顯降低。

 

在某些應用中，比如無(wú)線(xiàn)電通信設備通常只有一足電池供電，但各部分電路常常采用互相隔離的不同電壓，因此必須由多只穩壓器供電。為了節省共電池的電量，通常設備不工作時(shí)，都希望低壓差線(xiàn)性穩壓器工作于睡眠狀態(tài)。為此，要求線(xiàn)性穩壓器具有使能控制端。有單組蓄電池供電的多路輸出且具有通斷控制功能的供電系統如圖3-1(d)所示。

 

圖3-1低壓差線(xiàn)性穩壓器(LDO)典型應用

 

四、DC-DC

應當可以這樣理解：DCDC的意思是直流變（到）直流（不同直流電源值的轉換），只要符合這個(gè)定義都可以叫DCDC轉換器，包括LDO。但是一般的說(shuō)法是把直流變（到）直流由開(kāi)關(guān)方式實(shí)現的器件叫DCDC。

 

DC-DC轉換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉換器的優(yōu)點(diǎn)是效率高、可以輸出大電流、靜態(tài)電流小。隨著(zhù)集成度的提高，許多新型DC-DC轉換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器。但是，這類(lèi)電源控制器的輸出脈動(dòng)和開(kāi)關(guān)噪音較大、成本相對較高。近幾年來(lái)，隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展，表面貼裝的電感器、電容器、以及高集成度的電源控制芯片的成本不斷降低，體積越來(lái)越小。由於出現了導通電阻很小的MOSFET可以輸出很大功率，因而不需要外部的大功率FET。例如對于3V的輸入電壓，利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的輸出。其次，對于中小功率的應用，可以使用成本低小型封裝。另外，如果開(kāi)關(guān)頻率提高到1MHz，還能夠降低成本、可以使用尺寸較小的電感器和電容器。有些新器件還增加許多新功能，如軟啟動(dòng)、限流、PFM或者PWM方式選擇等。

 

總的來(lái)說(shuō)，升壓是一定要選DCDC的，降壓，是選擇DCDC還是LDO，要在成本，效率，噪聲和性能上比較。

 

五、LDO與DC/DC對比

 

首先從效率上說(shuō)，DC/DC的效率普遍要遠高于LDO，這是其工作原理決定的。其次，DC/DC有Boost，Buck，Boost/Buck，(有人把ChargePump也歸為此類(lèi))；而LDO只有降壓型。

 

再次，也是很重要的一點(diǎn)，DC/DC因為其開(kāi)關(guān)頻率的原因導致其電源噪聲很大，遠比LDO大的多，大家可以關(guān)注PSRR這個(gè)參數.所以當考慮到比較敏感的模擬電路時(shí)候，有可能就要犧牲效率為保證電源的純凈而選擇LDO。

 

還有，通常LDO所需要的外圍器件簡(jiǎn)單，占面積小，而DC/DC一般都會(huì )要求電感，二極管，大電容，有的還會(huì )要MOSFET，特別是Boost電路，需要考慮電感的最大工作電流，二極管的反向恢復時(shí)間，大電容的ESR等等，所以從外圍器件的選擇來(lái)說(shuō)比LDO復雜，而且占面積也相應的會(huì )大很多。