應(yīng)當(dāng)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(zhuǎn)換),只要符合這個定義都可以叫DCDC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DCDC。
LDO是低壓降的意思,這有一段說明: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(dá)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。LDO線性穩(wěn)壓器的性能之所以能夠達(dá)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(dá)到很高的效率。所以,在把鋰離子電池電壓轉(zhuǎn)換為3V輸出電壓的應(yīng)用中大多選用LDO穩(wěn)壓器。雖說電池的能量最後有百分之十是沒有使用,LDO穩(wěn)壓器仍然能夠保證電池的工作時間較長,同時噪音較低。
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DCDC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。
近幾年來,隨著半導(dǎo)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,體積越來越小。由於出現(xiàn)了導(dǎo)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(yīng)用,可以使用成本低小型封裝。另外,如果開關(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、限流、PFM或者PWM方式選擇等。
總的來說,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。
LDO與DC/DC相比:
首先從效率上說,DC/DC的效率普遍要遠(yuǎn)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Charge Pump也歸為此類).而LDO只有降壓型.
再次,也是很重要的一點,DC/DC因為其開關(guān)頻率的原因?qū)е缕潆娫丛肼暫艽?遠(yuǎn)比LDO大的多,大家可以關(guān)注PSRR這個參數(shù).所以當(dāng)考慮到比較敏感的模擬電路時候,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單,占面積小,而DC/DC一般都會要求電感,二極管,大電容,有的還會要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(fù)時間,大電容的ESR等等,所以從外圍器件的選擇來說比LDO復(fù)雜,而且占面積也相應(yīng)的會大很多.
DC/DC的工作原理
根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài),我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類:線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。
線性穩(wěn)壓電源,是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的穩(wěn)壓電源。而在開關(guān)電源中則不一樣,開關(guān)管(在開關(guān)電源中,我們一般把調(diào)整管叫做開關(guān)管)是工作在開、關(guān)兩種狀態(tài)下的:開——電阻很??;關(guān)——電阻很大。 開關(guān)電源是一種比較新型的電源。它具有效率高,重量輕,可升、降壓,輸出功率大等優(yōu)點。但是由于電路工作在開關(guān)狀態(tài),所以噪聲比較大。 通過下圖,我們來簡單的說說降壓型開關(guān)電源的工作原理。如圖所示,電路由開關(guān)K(實際電路中為三極管或者場效應(yīng)管),續(xù)流二極管D,儲能電感L,濾波電容C等構(gòu)成。當(dāng)開關(guān)閉合時,電源通過開關(guān)K、電感L給負(fù)載供電,并將部分電能儲存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感,在開關(guān)接通后,電流增大得比較緩慢,即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓值。一定時間后,開關(guān)斷開,由于電感L的自感作用(可以比較形象的認(rèn)為電感中的電流有慣性作用),將保持電路中的電流不變,即從左往右繼續(xù)流。這電流流過負(fù)載,從地線返回,流到續(xù)流二極管D的正極,經(jīng)過二極管D,返回電感L的左端,從而形成了一個回路。通過控制開關(guān)閉合跟斷開的時間(即PWM——脈沖寬度調(diào)制),就可以控制輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控制開、關(guān)的時間,以保持輸出電壓不變,這就實現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。 在開關(guān)閉合期間,電感存儲能量;在開關(guān)斷開期間,電感釋放能量,所以電感L叫做儲能電感。二極管D在開關(guān)斷開期間,負(fù)責(zé)給電感L提供電流通路,所以二極管D叫做續(xù)流二極管。 在實際的開關(guān)電源中,開關(guān)K由三極管或場效應(yīng)管代替。當(dāng)開關(guān)斷開時,電流很??;當(dāng)開關(guān)閉合時,電壓很小,所以發(fā)熱功率U×I就會很小。這就是開關(guān)電源效率高的原因。 |
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