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用于 DC、AC 和 RF 的降壓轉(zhuǎn)換器穩(wěn)壓器與 LDO：哪個(gè)最好？
用于 DC、AC 和 RF 的降壓轉(zhuǎn)換器穩(wěn)壓器與 LDO：哪個(gè)最好？
這似乎是一個(gè)總是陷入困境的基本問(wèn)題：什么時(shí)候應(yīng)該使用 LDO 與降壓穩(wěn)壓器？與開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器相比，選擇 LDO 的一些重要方面是被供電組件的類(lèi)型、從穩(wěn)壓器汲取的總電流以及這些組件可以承受的熱量。
我研究了一些限制 LDO 效率的因素，即由于組件的結(jié)構(gòu)以及它如何響應(yīng)高于其壓差水平的高輸入電壓。對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換器，這不是一個(gè)問(wèn)題，但現(xiàn)在開(kāi)關(guān)元件中的開(kāi)/關(guān)調(diào)制率成為需要考慮的重點(diǎn)。這些是與 MOSFET 結(jié)構(gòu)相關(guān)的復(fù)雜問(wèn)題，因此最好不要停留在這個(gè)話(huà)題上。相反，我們想看看您希望選擇降壓轉(zhuǎn)換器還是 LDO 作為功率調(diào)節(jié)策略中的最終輸出級(jí)的某些情況。
降壓轉(zhuǎn)換器與 LDO 的簡(jiǎn)要比較
如果您正在考慮對(duì)系統(tǒng)的某些部分使用降壓轉(zhuǎn)換器還是 LDO，或者為整個(gè)電路板供電，您應(yīng)該考慮需要供電的組件類(lèi)型以及它們應(yīng)該消耗多少功率。以下是選擇穩(wěn)壓器組件和設(shè)計(jì)電路時(shí)要考慮的要點(diǎn)：
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我愿意 |
降壓轉(zhuǎn)換器 |
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降壓機(jī)制 |
電阻（隨著熱量下降） |
反應(yīng)式 |
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效率 |
隨輸入差分而變化 |
通常高于 85% |
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發(fā)熱 |
在高輸出電流時(shí)變大 |
主要在高電流下的 MOSFET |
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噪音 |
非常低 |
可以很高，取決于輸出電感和 PWM 頻率 |
穩(wěn)壓器電路的這些方面中的每一個(gè)在不同類(lèi)型的電路中都起著重要作用。為了更清楚地說(shuō)明這些差異，讓我們看一下三個(gè)典型系統(tǒng)：DC、AC（全模擬）和 RF。
直流電路
只要您需要調(diào)節(jié)的輸入電壓接近穩(wěn)壓器所需的輸出電壓，直流工作就非常容易。如果您在 DC 下工作，或使用數(shù)字電路在名義上在 DC 下工作，出于多種原因，LDO 通常是您的最佳選擇，但前提是您在低電流下工作，或者在壓差電壓以上的電壓差最小。有兩種情況最適合使用 LDO：
在一定電流范圍內(nèi)的低差分。在最壞的情況下，當(dāng)您在高電流下工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，并且設(shè)備的溫度可能過(guò)高。
高差分，但僅限于低電流。這也是一個(gè)效率和散熱問(wèn)題；在過(guò)高的電流下，您也會(huì)散發(fā)過(guò)多的熱量。
如果您在這些限制之外運(yùn)行 LDO，則可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱直至出現(xiàn)故障，或者可能會(huì)超出規(guī)定范圍。在這種情況下，請(qǐng)使用降壓轉(zhuǎn)換器，特別是當(dāng)您在高輸入輸出差分下工作時(shí)。
對(duì)于速度更快的數(shù)字處理器，例如速度更快的 MSP430 或 STM32 變體之一，如果不使用電源層，則會(huì)出現(xiàn)電源完整性問(wèn)題，導(dǎo)致電源軌上出現(xiàn)超過(guò) 100 mV 的電壓波動(dòng)。但是，這些波動(dòng)通常足夠小，不會(huì)使 LDO 失去調(diào)節(jié)。如果您在不同的電路塊中有多個(gè)數(shù)字 IC 都消耗大電流，這可能會(huì)改變，在這種情況下，您應(yīng)該將組件并聯(lián)到不同的階段。
模擬電路
如果您需要為模擬電路供電，LDO 也很有用，因?yàn)樵撈骷哂械驮肼曒敵觥Ｎ以?span> DC 和模擬電路中使用了功率高達(dá)幾 W 的 LDO，但是這需要在封裝中添加一個(gè)散熱器來(lái)散熱，因?yàn)楦唠娏骱筒罘帧ＤM具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)檫@些電路對(duì)噪聲敏感，因此 LDO 將是首選，因?yàn)檫@些組件的輸出功率噪聲抑制通常超過(guò) 50-60 dB。如果您需要從直流電源獲得更高功率的模擬電路（這并不常見(jiàn)），則最好使用降壓穩(wěn)壓器。這是我們想考慮射頻電源設(shè)計(jì)中使用的一些策略的地方。
射頻電路和組件
放大器等 RF 系統(tǒng)可以使用 LDO 供電，但效率和發(fā)熱問(wèn)題應(yīng)該是您開(kāi)始考慮設(shè)計(jì)的地方。對(duì)于低功率系統(tǒng)，例如支持 WiFi 的模塊（例如，ESP32或 SimpleLink），LDO 很好，因?yàn)槟ǔ２粫?huì)以過(guò)高的功率運(yùn)行。如果您無(wú)法解決發(fā)熱問(wèn)題或調(diào)制信號(hào)需要高功率，則需要使用降壓轉(zhuǎn)換器。
以相對(duì)低輸出功率運(yùn)行的 WiFi 模塊可以使用小型 LDO。
使用直流降壓轉(zhuǎn)換器構(gòu)建射頻系統(tǒng)可能具有挑戰(zhàn)性。主要的挑戰(zhàn)是噪聲，盡管許多 RF IC（例如帶有集成無(wú)線電的 MCU）都具有提供調(diào)節(jié)的片上 LDO，因此您的工作只是為電源引腳提供無(wú)噪聲電源。您可以使用更大的電容器和電感器在輸出上使用無(wú)源濾波，以幫助穩(wěn)定直流輸出。
如果您需要在獲取調(diào)制信號(hào)的同時(shí)在高功率和高頻率下運(yùn)行，請(qǐng)知道這是一個(gè)更高級(jí)的主題，需要自己的文章。我將在即將發(fā)布的博客中討論這個(gè)問(wèn)題。
從臺(tái)式電源切換到真正的電路板
如果您使用的是穩(wěn)壓臺(tái)式電源并且直接插入模塊或開(kāi)發(fā)板，則無(wú)需擔(dān)心這一點(diǎn)。臺(tái)式電源設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)為多功能，并通過(guò)各種技術(shù)（多相操作、更高的 PWM 頻率、更快的邊沿速率 PWM、大型鐵氧體等）提供低開(kāi)關(guān)噪聲。但是，當(dāng)您準(zhǔn)備好從原型過(guò)渡并構(gòu)建定制電路板時(shí)，您將需要工具來(lái)幫助您構(gòu)建電源調(diào)節(jié)原理圖并為您的電路創(chuàng)建 PCB 布局。