電源LDO和DC的選用原則介紹

隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。

開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。

1、線性穩(wěn)壓器，所謂線性穩(wěn)壓器，也就是我們說的 LDO。其特點(diǎn)是傳輸元件工作在線性區(qū)，它沒有開關(guān)的跳變；僅限于降壓轉(zhuǎn)換，很少會(huì)看到升壓的應(yīng)用。

2、開關(guān)穩(wěn)壓器,即重復(fù)切換“開”和“關(guān)”狀態(tài)，與能量存貯部件（電容器和感應(yīng)器）一起產(chǎn)生輸出電壓。它的調(diào)整是通過根據(jù)輸出電壓的反饋樣本來調(diào)整切換定時(shí)來實(shí)現(xiàn)的。其特點(diǎn)是傳輸器件開關(guān)(場效應(yīng)管)，在每個(gè)周期完全接通和完全切斷的狀態(tài)；里面至少包括一個(gè)電能儲(chǔ)能的元件，如：電感器或者電容器；多種拓?fù)洌ń祲骸⑸龎骸⒔祲?升壓等）。

3、為什么有些情況要選擇開關(guān)穩(wěn)壓器或者為什么不用LDO?

所有的能量都不會(huì)憑空消失，損耗的能量最終會(huì)以熱的形式傳遞出去，這樣，工程師在設(shè)計(jì)中就會(huì)產(chǎn)生很大的挑戰(zhàn)，比如說，損耗最終以熱的形式傳遞，那么電路中就需要增加更大的散熱片，結(jié)果電源的體積就變大了，而且整機(jī)的效率也很低。如果在開關(guān)模式的開關(guān)電源，不僅可以提高效率，還可以降低了熱管理的設(shè)計(jì)難度。

下面舉一個(gè)例子來對(duì)比線性電源和開關(guān)電源的效率和體積：

A、線性穩(wěn)壓器的效率及功率損耗：

根據(jù)上圖我們可以計(jì)算出它的最大輸出效率為：

它的功率損耗為：

B、開關(guān)穩(wěn)壓器的效率及功率損耗：

根據(jù)上圖我們可以計(jì)算出它的最大輸出效率為：

它的功率損耗為：

從它們的效率來看，一個(gè) 12V 輸入，3.3V/2A 輸出的電源，如果用線性穩(wěn)壓器來實(shí)現(xiàn)的話，它輸出效率只有 28%，而用開關(guān)電源來做的話，它的輸出效率能達(dá)到 90%以上。

所以線性電源在高輸入電壓，低輸出電壓的情況下的效率是非常的低，它只適用于一些輸入和輸出的壓差比較低的場合。像這些情況下使用開關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的。

線性穩(wěn)壓器的損耗為 17.4W，開關(guān)穩(wěn)壓器的損耗只有 0.73W，這些損耗最終會(huì)以熱量的形式傳遞出去，器件的工作溫度=器件溫升+環(huán)境溫度，溫升=熱阻 × 損耗的情況下：假如器件的熱阻 θ=35℃/W來計(jì)算，LDO 的溫升=35℃ ×17.4W=609℃，開關(guān)穩(wěn)壓器溫升=35℃ ×0.73W=25.55℃。

可見，開關(guān)穩(wěn)壓器可以工作在 60~70℃的環(huán)境溫度也是沒問題的，而 LDO 在這種情況下，發(fā)熱非常嚴(yán)重，必須得降低它的熱阻，而熱阻的大小就取決于散熱面積，散熱面積越大，熱阻就越小，所以 LDO 需要很大的散熱面積(如下圖)，來減少它的熱阻以獲得較低的溫升。

上圖紅色標(biāo)注的地方分別是一個(gè) 2.5W 的 LDO 和一個(gè) 6W 的開關(guān)電源，兩者功率相差 2.4倍，但開關(guān)電源的面積僅是 LDO 的 1/3 不到，也就是說開關(guān)電源的損耗大大減少了，能夠承受更高的熱阻，減少散熱的面積。

如果說輸入與輸出之間壓差較低的情況下，可以使用 LDO，但壓差較大的情況下，建議使用開關(guān)電源。當(dāng)然，開關(guān)電源也有它的劣勢(shì)，它的輸出會(huì)有噪聲、振鈴、跳變，而 LDO 則不會(huì)。某些場合的負(fù)載對(duì)電源的電壓是很敏感的話，可以在開關(guān)電源后面載加一級(jí) LDO。

如我們要把 5V 轉(zhuǎn)為 1.2V ，如果直接有 LDO 的話，效率可能只有 20%，但我們可以把 5V 用開關(guān)電源變?yōu)?1.5V，再用 LDO 把 1.5V 轉(zhuǎn)為 1.2V，這樣，效率就會(huì)高，是一個(gè)比較優(yōu)化的設(shè)計(jì)。

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