小白快速弄懂LDO和DC／DC的区别

LDO：LOW DROPOUT VOLTAGE LDO（是 low dropout voltage regulator 的缩写，整流器），低压差线性稳压器，故名思意，为线性的稳压器，仅能使用在降压应用中，也就是输出电压必需小于输入电压。

优点：稳定性好，负载响应快，输出纹波小。

缺点：效率低，输入输出的电压差不能太大。负载不能太大，目前最大的 LDO 为 5A（但要保证 5A 的输出还有很多的限制条件）

DC/DC：直流电压转直流电压。严格来讲，LDO 也是 DC/DC 的一种，但目前 DC/DC 多指开关电源，具有很多种拓朴结构，如 BUCK，BOOST 等。

优点：效率高，输入电压范围较宽。

缺点：负载响应比 LDO 差，输出纹波比 LDO 大。

那么，DC/DC 和 LDO 的区别是什么？

DC/DC 转换器一般由控制芯片，电杆线圈，二极管，三极管，电容构成。DC/DC 转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC 转换器分为三类：升压型 DC/DC 转换器、降压型 DC/DC 转换器以及升降压型 DC/DC 转换器。根据需求可采用三类控制。PWM 控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM 控制型即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点。PWM/PFM 转换型小负载时实行 PFM 控制，且在重负载时自动转换到 PWM 控制。目前 DC-DC 转换器广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。

DC-DC 简述原理：

其实内部是先把 DC 直流电源转变为交流电电源 AC。通常是一种自激震荡电路，所以外面需要电感等分立元件。
然后在输出端再通过积分滤波，又回到 DC 电源。由于产生 AC 电源，所以可以很轻松的进行升压跟降压。两次转换，必然会产生损耗，这就是大家都在努力研究的如何提高 DC-DC 效率的问题。

对比：

1、DCtoDC 包括 boost(升压)、buck(降压)、Boost/buck(升 / 降压)和反相结构，具有高效率、高输出电流、低静态电流等特点，随着集成度的提高，许多新型 DC-DC 转换器的外围电路仅需电感和滤波电容；但该类电源控制器的输出纹波和开关噪声较大、成本相对较高。
2、LDO：低压差线性稳压器的突出优点是具有最低的成本，最低的噪声和最低的静态电流。它的外围器件也很少，通常只有一两个旁路电容。新型 LDO 可达到以下指标：30μV 输出噪声、60dBPSRR、6μA 静态电流及 100mV 的压差。

LDO 简述原理：

线性稳压器能够实现这些特性的主要原因在于内部调整管采用了 P 沟道场效应管，而不是通常线性稳压器中的 PNP 晶体管。P 沟道的场效应管不需要基极电流驱动，所以大大降低了器件本身的电源电流；另一方面，在采用 PNP 管的结构中，为了防止 PNP 晶体管进入饱和状态降低输出能力，必须保证较大的输入输出压差；而 P 沟道场效应管的压差大致等于输出电流与其导通电阻的乘积，极小的导通电阻使其压差非常低。当系统中输入电压和输出电压接近时，LDO 是最好的选择，可达到很高的效率。所以在将锂离子电池电压转换为 3V 电压的应用中大多选用 LDO，尽管电池最后放电能量的百分之十没有使用，但是 LDO 仍然能够在低噪声结构中提供较长的电池寿命。

便携电子设备不管是由交流市电经过整流(或交流适配器)后供电，还是由蓄电池组供电，工作过程中，电源电压都将在很大范围内变化。比如单体锂离子电池充足电时的电压为 4.2V，放完电后的电压为 2.3V，变化范围很大。各种整流器的输出电压不仅受市电电压变化的影响，还受负载变化的影响。为了保证供电电压稳定不变，几乎所有的电子设备都采用稳压器供电。小型精密电子设备还要求电源非常干净（无纹波、无噪声），以免影响电子设备正常工作。为了满足精密电子设备的要求，应在电源的输入端加入线性稳压器，以保证电源电压恒定和实现有源噪声滤波。

一、LDO 的基本原理

低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如图 1-1 所示，该电路由串联调整管 VT（PNP 晶体管，注：实际应用中，此处常用的是 P 沟道场效应管）、取样电阻 R1 和 R2、比较放大器 A 组成。

图 1-1 低压差线性稳压器基本电路

取样电压 Uin 加在比较器 A 的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压 Uref（Uout*R2/（R1+R2））相比较，两者的差值经放大器 A 放大后 .Uout=(U+-U-)*A 注 A 為比較放大器的倍數，）控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。
当输出电压 Uout 降低时，基准电压 Uref 与取样电压 Uin 的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。
相反，若输出电压 Uout 超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。
应当说明，实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能，比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等，而且串联调整管也可以采用 MOSFET。

二、低压差线性稳压器的主要参数

1．输出电压(OutputVoltage)
输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数，也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便，而且由于输出电压是经过厂家精密调整的，所以稳压器精度很高。但是其设定的输出电压数值均为常用电压值，不可能满足所有的应用要求，但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。

2．最大输出电流(MaximumOutputCurrent)
用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。

3．输入输出电压差(DropoutVoltage)
输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。比如，5.0V 的低压差线性稳压器，只要输入 5.5V 电压，就能使输出电压稳定在 5.0V。

4．接地电流(GroundPinCurrent)
接地电路 IGND 是指串联调整管输出电流为零时，输入电源提供的稳压器工作电流。该电流有时也称为静态电流，但是采用 PNP 晶体管作串联调整管元件时，这种习惯叫法是不正确的。通常较理想的低压差稳压器的接地电流很小。

5．负载调整率(LoadRegulation)
负载调整率可以通过图 2-1 和式 2-1 来定义，LDO 的负载调整率越小，说明 LDO 抑制负载干扰的能力越强。

图 2-1OutputVoltage&OutputCurrent

(2-1)
式中
△Vload—负载调整率
Imax—LDO 最大输出电流
Vt—输出电流为 Imax 时，LDO 的输出电压
Vo—输出电流为 0.1mA 时，LDO 的输出电压
△V—负载电流分别为 0.1mA 和 Imax 时的输出电压之差
 
6．线性调整率(LineRegulation)
线性调整率可以通过图 2-2 和式 2-2 来定义，LDO 的线性调整率越小，输入电压变化对输出电压影响越小，LDO 的性能越好。

图 2-2OutputVoltage&InputVoltage

(2-2)
式中
△Vline—LDO 线性调整率
Vo—LDO 名义输出电压
Vmax—LDO 最大输入电压
△V—LDO 输入 Vo 到 Vmax ’ 输出电压最大值和最小值之差

7．电源抑制比(PSSR)
LDO 的输入源往往许多干扰信号存在。PSRR 反映了 LDO 对于这些干扰信号的抑制能力。

三、LDO 的典型应用

低压差线性稳压器的典型应用如图 3-1 所示。图 3-1(a)所示电路是一种最常见的 AC/DC 电源，交流电源电压经变压器后，变换成所需要的电压，该电压经整流后变为直流电压。在该电路中，低压差线性稳压器的作用是：在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压，抑制纹波电压，消除电源产生的交流噪声。
 
各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化。为了保证蓄电池组输出恒定电压，通常都应当在电池组输出端接入低压差线性稳压器，如图 3-1(b)所示。低压差线性稳压器的功率较低，因此可以延长蓄电池的使用寿命。同时，由于低压差线性稳压器的输出电压与输入电压接近，因此在蓄电池接近放电完毕时，仍可保证输出电压稳定。
 
众所周知，开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器，如图 2-3(c)所示，就可以实现有源滤波，而且也可大大提高输出电压的稳压精度，同时电源系统的效率也不会明显降低。
 
在某些应用中，比如无线电通信设备通常只有一足电池供电，但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压，因此必须由多只稳压器供电。为了节省共电池的电量，通常设备不工作时，都希望低压差线性稳压器工作于睡眠状态。为此，要求线性稳压器具有使能控制端。有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控制功能的供电系统如图 3-1(d)所示。

图 3-1 低压差线性稳压器(LDO)典型应用

四、DC-DC

应当可以这样理解：DCDC 的意思是直流变（到）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 转换器，包括 LDO。但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫 DCDC。
 
DC-DC 转换器包括升压、降压、升 / 降压和反相等电路。DC-DC 转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随著集成度的提高，许多新型 DC-DC 转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是，这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。近几年来，随著半导体技术的发展，表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低，体积越来越小。由於出现了导通电阻很小的 MOSFET 可以输出很大功率，因而不需要外部的大功率 FET。例如对于 3V 的输入电压，利用芯片上的 NFET 可以得到 5V/2A 的输出。其次，对于中小功率的应用，可以使用成本低小型封装。另外，如果开关频率提高到 1MHz，还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能，如软启动、限流、PFM 或者 PWM 方式选择等。
 
总的来说，升压是一定要选 DCDC 的，降压，是选择 DCDC 还是 LDO，要在成本，效率，噪声和性能上比较。

五、LDO 与 DC/DC 对比
 
首先从效率上说，DC/DC 的效率普遍要远高于 LDO，这是其工作原理决定的。其次，DC/DC 有 Boost，Buck，Boost/Buck，(有人把 ChargePump 也归为此类)；而 LDO 只有降压型。
 
再次，也是很重要的一点，DC/DC 因为其开关频率的原因导致其电源噪声很大，远比 LDO 大的多，大家可以关注 PSRR 这个参数 . 所以当考虑到比较敏感的模拟电路时候，有可能就要牺牲效率为保证电源的纯净而选择 LDO。
 
还有，通常 LDO 所需要的外围器件简单，占面积小，而 DC/DC 一般都会要求电感，二极管，大电容，有的还会要 MOSFET，特别是 Boost 电路，需要考虑电感的最大工作电流，二极管的反向恢复时间，大电容的 ESR 等等，所以从外围器件的选择来说比 LDO 复杂，而且占面积也相应的会大很多。