降压电源芯片选择 ——DC/DC还是LDO?

LDO是low dropout regulator为低压差线性稳压器,仅能使用在降压应用中,输出电压必须小于输入电压。

低压差线性稳压器LDO)的基本电路如下图所示,由调整管Q1、反馈电阻R1和R2、比较放大器、内部基准电路组成。

当Uin电压接入,Q1打开,内部基准电压连接比较放器,Vout电压经反馈电阻(R1、R2),将输出电压反馈到放大器与内部基准电压进行比较,通过反馈电压与内部基准电压的差值经放大器放大后控制Q1的压降,得到稳定输出电压。

LDO应用主要关注参数

1.输出电压;

2.输出电流;

3.输入输出电压差:保证输出电压稳定的条件下输入与输出的最小电压差;

4.静态电流:无负载的条件下,输入电源提供的稳压器工作电流;

5负载调整率:负载变化输出电压变化比例,负载调整率越小,抑制负载干扰的能力越强;

6.线性调整率:LDO的线性调整率越小,输入电压变化对输出电压影响越小,性能越好;

7电源抑制比(PSSR):对输入干扰(纹波)的抑制能力,数值越大性能越好。

DCDC的意思是直流转直流(不同直流电源值的转换),只要符合这个定义都可以叫DCDC,包括LDO。一般的说法是把直流转直流由开关方式实现的器件叫DCDC。

DC-DC(Buck)的基本电路如下图所示,电路由开关管Q1、Q2,电感、反馈电阻R1和R2、比较器、内部基准电路、控制电路组成;控制电路产生PWM信号控制Q1、Q2,通过电感蓄能的特性,Q1打开给电感充电同时给负载提供电流;Q1关断Q2打开,由电感给负载提供电流,通过反馈电阻R1、R2将输出电压反馈与内部基准电压比较,通过调整PWM占空比得到稳定的输出电压。

DCDC应用主要关注参数

1、输入电压范围;

2、输出电压范围;

3、输出电流;

4、输出电压纹波:由于DC-DC是根据电感的高速充放电原理进行电压的调节,输出电压纹波远远大于LDO,外部需要增加电感电容进行滤波,使输出电压和电流趋于平稳;

5、效率:DC-DC的输入电流不连续,输出电流连续,损耗有芯片内部电路、电感、外部走线等,效率远高于LDO

6、开关频率:开关频率决定了外部电感的选型,频率越高电感量可以选择相对较小值;频率越高输出纹波相对较小;频率高相对容易引起EMI问题,应用时需要注意。

LDO与DCDC优劣比较:

LDODC-DC的本质区别在于,LDO内部晶体管工作在线性区(放大状态),DC-DC内部晶体管工作在饱和区(开关状态)。

LDO优点:稳压性好,负载波动较大情况下也能保证输出电压稳定,输出纹波小,外围电路简单。

缺点:输入输出压差越大效率越低,负载不能太大。

DC-DC优点:效率高,输入电压范围较宽,负载能力大。

缺点:负载响应比LDO差,输出纹波比LDO大。

LDODC-DC的选择:取决于应用场合,主要通过以下参数确定:

1. 输入与输出的电压差、输出电流、输出纹波、效率、温度、环境温度,输出纹波有特别要求的电路选用LDO

2. 要求高效率的应用中选用DC-DC

3. 温度有要求的应用中选用DC-DC

4. LDO的选择还需要结合输入输出压差、输出电流、结温参数综合确定;

选型实例:

应用场景1:单节锂电池供电,输出电压3.3V,输出电流400mA,环境温度25℃

推荐型号:LP3987H-33B5F(LDO

推荐理由:

1.LP3987H输出电流为600mA,应用要求400mA,符合需求;

2.LP3987H有输出固定3.3V电压,符合要求;

3.工作电压范围:2.5V-6V,单节锂电池电压一般在3V-4.2V,符合要求;

4.LP3987H工作结温范围-40℃—125℃;结温计算方式如下:

1锂电池最高电压:4.2V,输出电压:3.3V,计算输入与输出的最大压差:4.2-3.3=0.9V;

2)计算芯片的损耗:0.9V*400mA=0.36W;

3)计算工作损耗温度如下:0.36W*195℃/W=70.2℃

     规格书中查询热阻为195℃/W

4)计算芯片工作结温为:

70.2℃+25℃=95.2℃(25℃为环境温度)

结论:工作结温小于LP3987H的最高工作结温,符合要求;
应用场景2:单节锂电池供电,输出电压3.3V,输出电流400mA,环境温度80℃

推荐型号:LP3201-33B5F(DCDC)

推荐理由:

1.接以上计算工作结温为:

70.2℃+80℃=150.2℃(80℃为环境温度)

计算工作结温150.2℃大于LP3987H最高工作结温(125℃),LP3987H不能符合应用,需要选择DC-DC

2.LP3201输出电流为1A,应用要求400mA,符合需求;

3.LP3201有输出固定3.3V电压,符合要求;

4.LP3201工作电压范围:2.5V-5.5V,单节锂电池电压一般这3V-4.2V,符合要求。

附:微源半导体LDO、DCDC产品选型表


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