LDO與DC-DC的入門理解，初學(xué)者必看！
[導(dǎo)讀]首先說明下這篇文章適合于對電源技術(shù)淺嘗輒止的初學(xué)者，之所說適合是因?yàn)榘ê芏鄬I(yè)技術(shù)人員，在入門電源技術(shù)之初，基本都會陷入諸如“LDO與DC-DC區(qū)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...
首先說明下這篇文章適合于對電源技術(shù)淺嘗輒止的初學(xué)者，之所說適合是因?yàn)榘ê芏鄬I(yè)技術(shù)人員，在入門電源技術(shù)之初，基本都會陷入諸如“LDO與DC-DC區(qū)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(yè)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(rèn)為以下文字描述的還比較恰當(dāng)且容易理解，那么當(dāng)有一名采購?fù)禄蜍浖こ處熢賳柲泐愃频膯栴}，你可以轉(zhuǎn)發(fā)這個給他而非多次重復(fù)回答這個問題。
LDO：低壓差線性調(diào)整器DC-DC：開關(guān)型調(diào)整器
關(guān)于LDO：如下圖，假如有一個電池5V，一個LED燈的驅(qū)動電壓為2.5V，你不能直接把燈接到電池上，因?yàn)?V的電壓對于燈來說過高會直接把燈燒壞，因此你必須串聯(lián)一個電阻，而且這個電阻的設(shè)計(jì)原則是在保證燈的亮度下承擔(dān)“過?！钡碾妷海簿褪?V-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(lián)電路中，各個點(diǎn)的電流相同可知，電阻流過的電流也為5mA，根據(jù)歐姆定律可知電阻阻值R = 2.5V / 5mA = 0.5KΩ。）
在如上的理解中，5V供對負(fù)載LED燈進(jìn)行驅(qū)動的過程為“降壓”，而電阻“承擔(dān)剩余壓降”，這個作用就是LDO要達(dá)到的效果，就像現(xiàn)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）。
“為什么不直接用電阻而需要使用LDO”：因?yàn)榈惆央姵負(fù)Q為9V的電池時，為了承擔(dān)“剩余電壓 9-2.5=6.5V”，你必須更換一個更大的電阻以“承擔(dān)剩余電壓”，而LDO芯片內(nèi)部會自我反饋調(diào)節(jié)，依然穩(wěn)定輸出2.5V。實(shí)際上，LDO是通過輸入和輸出之間串聯(lián)晶體管電路來實(shí)現(xiàn)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(qū)，起到可變電阻的作用，因此也叫線性調(diào)整器如上圖，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(dān)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。
應(yīng)當(dāng)注意，并沒有正式的規(guī)定壓差值為多少時可以稱線性調(diào)整器為低壓差，一般認(rèn)為最小壓降為200mV甚至更低才能成為低壓差線性調(diào)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(diào)節(jié)水龍頭水量的大小，一邊觀察小水杯的水是否已經(jīng)滿了，一邊通過操作“開水-關(guān)水-開水-關(guān)水”的動作，直到小水杯的水剛好為你想要的量。實(shí)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(guān)狀態(tài)，它將能量一點(diǎn)點(diǎn)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。而，LDO的晶體管電路處于放大狀態(tài)，因此輸出不需要用到的能量必須由晶體管電路進(jìn)行承擔(dān)消耗，由此這也就可以理解DC-DC的能量轉(zhuǎn)化比較高，因?yàn)樗譃槎啻蝹魉?，理想狀態(tài)下不需要中間額外的消耗。因此對于轉(zhuǎn)化效率要求比較高的設(shè)計(jì)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(dāng)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(fā)燙！
回歸到LDO，你選型時需要關(guān)注的基本概念有：壓差、裕量電壓、靜態(tài)電流、接地電流、關(guān)斷電流、效率、直流輸入電壓和負(fù)載調(diào)整率、 輸入電壓和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、電源抑制比(PSRR)、輸出噪聲和精度。
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LDO：低壓差線性調(diào)整器DC-DC：開關(guān)型調(diào)整器
關(guān)于LDO：如下圖，假如有一個電池5V，一個LED燈的驅(qū)動電壓為2.5V，你不能直接把燈接到電池上，因?yàn)?V的電壓對于燈來說過高會直接把燈燒壞，因此你必須串聯(lián)一個電阻，而且這個電阻的設(shè)計(jì)原則是在保證燈的亮度下承擔(dān)“過?！钡碾妷海簿褪?V-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(lián)電路中，各個點(diǎn)的電流相同可知，電阻流過的電流也為5mA，根據(jù)歐姆定律可知電阻阻值R = 2.5V / 5mA = 0.5KΩ。）
在如上的理解中，5V供對負(fù)載LED燈進(jìn)行驅(qū)動的過程為“降壓”，而電阻“承擔(dān)剩余壓降”，這個作用就是LDO要達(dá)到的效果，就像現(xiàn)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）。“為什么不直接用電阻而需要使用LDO”：因?yàn)榈惆央姵負(fù)Q為9V的電池時，為了承擔(dān)“剩余電壓 9-2.5=6.5V”，你必須更換一個更大的電阻以“承擔(dān)剩余電壓”，而LDO芯片內(nèi)部會自我反饋調(diào)節(jié)，依然穩(wěn)定輸出2.5V。實(shí)際上，LDO是通過輸入和輸出之間串聯(lián)晶體管電路來實(shí)現(xiàn)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(qū)，起到可變電阻的作用，因此也叫線性調(diào)整器
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(dān)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。應(yīng)當(dāng)注意，并沒有正式的規(guī)定壓差值為多少時可以稱線性調(diào)整器為低壓差，一般認(rèn)為最小壓降為200mV甚至更低才能成為低壓差線性調(diào)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(diào)節(jié)水龍頭水量的大小，一邊觀察小水杯的水是否已經(jīng)滿了，一邊通過操作“開水-關(guān)水-開水-關(guān)水”的動作，直到小水杯的水剛好為你想要的量。
實(shí)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(guān)狀態(tài)，它將能量一點(diǎn)點(diǎn)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。而，LDO的晶體管電路處于放大狀態(tài)，因此輸出不需要用到的能量必須由晶體管電路進(jìn)行承擔(dān)消耗，由此這也就可以理解DC-DC的能量轉(zhuǎn)化比較高，因?yàn)樗譃槎啻蝹魉?，理想狀態(tài)下不需要中間額外的消耗。因此對于轉(zhuǎn)化效率要求比較高的設(shè)計(jì)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(dāng)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(fā)燙！回歸到LDO，你選型時需要關(guān)注的基本概念有：壓差、裕量電壓、靜態(tài)電流、接地電流、關(guān)斷電流、效率、直流輸入電壓和負(fù)載調(diào)整率、 輸入電壓和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、電源抑制比(PSRR)、輸出噪聲和精度。
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