ldo和buck降压稳压器对比

屈育成 2017-11-24 18196

电子常识

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描述

　　一、LDO稳压器

　　LDO即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压器。这是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78XX系列的芯片都要求输入电压要比输出电压至少高出2V~3V，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5V转3.3V，输入与输出之间的压差只有1.7v，显然这是不满足传统线性稳压器的工作条件的。针对这种情况，芯片制造商们才研发出了LDO类的电压转换芯片。

　　LDO稳压器结构：

　　LDO低压差线性稳压器的结构主要包括启动电路、恒流源偏置单元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络和保护电路等。基本工作原理是这样的：系统加电，如果使能脚处于高电平时，电路开始启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电压快速建立，输出随着输入不断上升，当输出即将达到规定值时，由反馈网络得到的输出反馈电压也接近于基准电压值，此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了输出电压稳定在规定值上，同理如果输入电压变化或输出电流变化，这个闭环回路将使输出电压保持不变，即：Vout=（R1+R2）/R2 ×Vref

　　实际的低压差线性稳压器还具有如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等其它的功能。

　　LDO稳压器工作原理：

　　如右图所示，该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。

　　取样电压加在放大器A的反相输入端，与加在同相输入端的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器A放大后，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，基准电压与取样电压的差值增加，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、BUCK稳压器

　　BUCK变换器有关指标：

　　• 输入电压：标称直流48V，范围： 43V~53V

　　• 输出电压：直流24V， 5A

　　• 输出电压纹波： 100mV

　　• 电流纹波： 0.25A

　　• 开关频率： 250kHz

　　• 相位裕量：60ْ

　　• 幅值裕量：10dB

　　Buck稳压器应用：

　　国际整流器公司（简称IR）推出IR3891和IR3892 SupIRBuck集成式双输出稳压器，适用于空受限的网络通信、服务器和存储应用。

　　全新双输出器件对5V到12V输入、1V到21V输入（使用5V外偏置）单电源轨操作进行了优化。IR3891和IR3892采用了纤巧的5×6mm PQFN封装，在165mm2的小巧占位面积内，分别为需要4A/通道或者6A/通道的应用带来极为紧凑的解决方案。

　　IR亚太区销售副总裁潘大伟表示：“IR3892单面电路板设计与传统的利用两个6A单输出转换器的设计相比，缩减电路板面积达46%。该器件也可用于双面电路板设计，可将传统设计中电路板面积所需空间减少到30%以下。”

　　R3891和IR3892配备获得专利的调变电路，能够在无抖动及无噪声的情况下以更高频率或带宽操作，实现更理想的瞬态响应，并可减少输出电容器数量和缩小整体系统尺寸。其它主要功能包括可降低输入电容的交错式相位、有助于免除串扰的传动隔离和通道2上的排序能力。

　　潘大伟补充道：“这两款全新双输出器件具有SupIRBuck产品系列的功能和优势，提供高效的超紧凑解决方案，以满足空间受限且功率较低的网络通信、服务器和存储应用的需求。”

　　IR3891 和IR3892包含一系列标准的SupIRBuck功能，例如分别高达1.5MHz和1.0MHz的开关频率、预偏置启动、输入电压监测启动、过压保护、电源正常信号、用于明线反馈和可调式OVP的可选的实际输出电压检测、内部软启动、1.0V最低输入电压（外偏置），以及-40oC到125oC的工作结温等。新器件与整个SupIRBuck产品系列都适合工业应用，可确保为耐用系统提供坚固设计。

　　三、LDO和BUCK降压稳压器对比

　　1、当输入电压为高电压时（一般是》5V的时候），并且输入输出压差很大时，需要选用BUCK开关稳压器，这种情况下，采用开关电源芯片，效率高，发热量小；若采用线性稳压器，则输入输出的压差过大，这部分功率都被消耗了，造成效率低、发热量巨大，需要额外增加大的散热片。当输入电压在5V以下时，优先考虑LDO线性稳压器，这类芯片的特点是低成本，若在不考虑成本及高要求的情况下，也可使用开关稳压器芯片。

　　2、当板级输出电源的输出电流》1A时，宜用BUCK开关稳压器，这类芯片型号非常多，这里就不一一列举了；当输出的电源在1A以下，最好选择LDO芯片，使用开关稳压器就有些浪费资源了，呵呵。

　　3、BUCK开关稳压器的输出纹波及稳压性不如LDO好，所以像MCU/DSP/FPGA等内核电源（1.2V、1.5V、2.5V等）一般会选择LDO，这个可以多看看TI的电源管理芯片手册，里面有很多针对不同处理器的芯片推荐型号。另外，当输入电压很高或输入/输出电压压差很大，且输出电流比较大时，可采用“BUCK+LDO”方案。这个方案在一般的控制板上实现比较容易，成本也不高。

　　4、从电路设计的复杂程度上来说：BUCK开关稳压器电路要用外部电感，体积较大，有些还要使用外部MOS管，电路设计和调试需要花费一定时间，除非是前期积累的成熟设计；而LDO电路则很简单，其外围电路只需要几个滤波电容。

　　5、BUCK开关稳压器的转换效率比LDO高，热温特性也比LDO好；在电路设计时，当需要输出电压精度很高时，必须用LDO来实现。

　　总结：只有将两者结合起来，才能得到一个稳定的，被认为是完美的电源电路。

　　四、LDO和BUCK降压稳压器应用注意事项

　　1、导致 LDO 产生振荡最常见的原因是什么？就是输出电容器！

　　A、ESR 过高。质量欠佳的钽电容器会具有高 ESR，一般尽量采用进口器件。铝电解电容器在低温条件下将具有高 ESR，一般采用钽电容器件。

　　B、ESR 过低。在电路中，最好选用知名品牌的贴片器件。

　　2、造成BUCK开关稳压器芯片发热严重的一个原因：就是电感。

　　我们知道电感器的选择是依靠负载电阻，工作频率，输出电压（占空比）工作效率来确定的，不是越大或者越小越好。目前，一些购买到的贴片电感容易出现容量与标识不符的情况，造成芯片发热严重，解决方法就是采用直插式柱状电感器。

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