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LDO和BUCK降壓穩壓器的區別及應用注意事項

鉅大LARGE  |  點擊量:1352次  |  2020年02月05日  

在采用MCU/DSp/FpGA設計的控制系統中,低壓輸入級(一般在12V以下),輸出5V/3.3V/1.8V/1.5V/1.2V的電路中,常用的電源芯片是BUCK(降壓型)開關穩壓器和LDO(低壓差)線性穩壓器。這兩款電源芯片在應用中,有著各自的優缺點,在電路設計時,需要根據實際有選擇地使用。


一、LDO和BUCK降壓穩壓器對比

1、當輸入電壓為高電壓時(一般是》5V的時候),并且輸入輸出壓差很大時,需要選用BUCK開關穩壓器,這種情況下,采用開關電源芯片,效率高,發熱量小;若采用線性穩壓器,則輸入輸出的壓差過大,這部分功率都被消耗了,造成效率低、發熱量巨大,需要額外增加大的散熱片。當輸入電壓在5V以下時,優先考慮LDO線性穩壓器,這類芯片的特點是低成本,若在不考慮成本及高要求的情況下,也可使用開關穩壓器芯片。


2、當板級輸出電源的輸出電流》1A時,宜用BUCK開關穩壓器,這類芯片型號非常多,這里就不一一列舉了;當輸出的電源在1A以下,最好選擇LDO芯片,使用開關穩壓器就有些浪費資源了,呵呵。


3、BUCK開關穩壓器的輸出紋波及穩壓性不如LDO好,所以像MCU/DSp/FpGA等內核電源(1.2V、1.5V、2.5V等)一般會選擇LDO,這個可以多看看TI的電源管理芯片手冊,里面有很多針對不同處理器的芯片推薦型號。另外,當輸入電壓很高或輸入/輸出電壓壓差很大,且輸出電流比較大時,可采用“BUCK+LDO”方案。這個方案在一般的控制板上實現比較容易,成本也不高。


4、從電路設計的復雜程度上來說:BUCK開關穩壓器電路要用外部電感,體積較大,有些還要使用外部MOS管,電路設計和調試需要花費一定時間,除非是前期積累的成熟設計;而LDO電路則很簡單,其外圍電路只需要幾個濾波電容。


5、BUCK開關穩壓器的轉換效率比LDO高,熱溫特性也比LDO好;在電路設計時,當需要輸出電壓精度很高時,必須用LDO來實現。


總結:只有將兩者結合起來,才能得到一個穩定的,被認為是完美的電源電路。


二、LDO和BUCK降壓穩壓器應用注意事項

1、導致LDO產生振蕩最常見的原因是什么?就是輸出電容器。


A、ESR過高。質量欠佳的鉭電容器會具有高ESR,一般盡量采用進口器件。鋁電解電容器在低溫條件下將具有高ESR,一般采用鉭電容器件。


B、ESR過低。在電路中,最好選用知名品牌的貼片器件。


2、造成BUCK開關穩壓器芯片發熱嚴重的一個原因:就是電感。


我們知道電感器的選擇是依靠負載電阻,工作頻率,輸出電壓(占空比)工作效率來確定的,不是越大或者越小越好。目前,一些購買到的貼片電感容易出現容量與標識不符的情況,造成芯片發熱嚴重,解決方法就是采用直插式柱狀電感器。


三、電源設計分享

第一個圖是一個Lp3965-ADJ的LDO電源設計,可以看到,在電路中設計了一個大的接地平面用作散熱器。



第二個圖是一個LM2596的降壓開關電源設計,可以發現,開關電源的芯片面積僅有1/2,損耗大大減少了,意味著開關電源能夠承受更高的熱阻,減少散熱的面積。



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