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带你看看什么是DC-DC
点击次数:1 发布时间:2020-10-30

  首先说明下这篇文章适合于对电源技术浅尝辄止的初学者,之所以适合是因为包括很多专业技术人员,在入门电源技术之初,基本都会陷入诸如“LDO与DC-DC区别”、“LDO与DC-DC在选型上该如何取舍”等问题,对于LDO与车载dcdc变换器的各种疑惑存在于采购、工程、软件等非硬件人员中,因此,若你是硬件专业人员,这篇文章对于你来说可能是你早已理解过的知识,若你认为以下文字描述的还比较恰当且容易理解,那么当有一名采购同事或软件工程师再问你类似的问题,你可以转发这个给他而非多次重复回答这个问题。

 

  LDO:低压差线性调整器

 

  DC-DC:开关型调整器

 

  关于LDO:

 

  如下图,假如有一个电池5V,一个LED灯的驱动电压为2.5V,你不能直接把灯接到电池上,因为5V的电压对于灯来说过高会直接把灯烧坏,因此你必须串联一个电阻,而且这个电阻的设计原则是在保证灯的亮度下承担“过剩”的电压,也就是5V-2.5V=2.5V。(具体这个电阻阻值怎么算:假如我们灯需要流过5mA的电流,那么对于串联电路中,各个点的电流相同可知,电阻流过的电流也为5mA,根据欧姆定律可知电阻阻值R=2.5V/5mA=0.5KΩ。)

 

  

 

  在如上的理解中,5V供对负载LED灯进行驱动的过程为“降压”,而电阻“承担剩余压降”,这个作用就是LDO要达到的效果,就像现在找到一个输出电压为2.5V的LDO,我们可以做到如下图(为了避免干扰,我暂时不放入限流电阻)。

 

  

 

  “为什么不直接用电阻而需要使用LDO”:

 

  因为当你把电池换为9V的电池时,为了承担“剩余电压9-2.5=6.5V”,你必须更换一个更大的电阻以“承担剩余电压”,而LDO芯片内部会自我反馈调节,依然稳定输出2.5V。实际上,LDO是通过输入和输出之间串联晶体管电路来实现降压功能,该晶体管电路工作在其“电压-电流特性曲线”的线性区,起到可变电阻的作用,因此也叫线性调整器

 

  

 

  如上图,过剩电压Vin-Vout的差值通常称为LDO的压差,显而易见,Vout是由Vin去掉被分担的过剩电压后得到值,因此Vout一定小于Vin,这就如同于你有一盆水要分给一个小杯子一样,你必须用另外一个盆子去装剩余的水。

 

  

 

  应当注意,并没有正式的规定压差值为多少时可以称线性调整器为低压差,一般认为最小压降为200mV甚至更低才能成为低压差线性调整器,即LDO。

 

  对于DC-DC,你依然可以用水的概念理解:

 

  LDO:你有一盆水要分给一个小杯子一样,你必须用另外一个盆子去装剩余的水

 

  DC-DC:你有一盆水要分给一个小杯子,你找来了一个水龙头,你通过调节水龙头水量的大小,一边观察小水杯的水是否已经满了,一边通过操作“开水-关水-开水-关水”的动作,直到小水杯的水刚好为你想要的量。

 

  

 

  实际上,车载dcdc转换器的基本类型之一如下,DC-DC的晶体管电路处于开关状态,它将能量一点点给予到输出,如同一个车挤满了人,一辆辆大巴一趟又一趟地将人群输送到目的地。

 

  

 

  而,LDO的晶体管电路处于放大状态,因此输出不需要用到的能量必须由晶体管电路进行承担消耗,由此这也就可以理解DC-DC的能量转化比较高,因为它分为多次传送,理想状态下不需要中间额外的消耗。因此对于转化效率要求比较高的设计中,选用DC-DC会更加靠谱,就比如220V的电压,你想要降为2.5V给LED灯,当你使用LDO时,有220-2.5=217.5V的剩余电压额外消耗,此时乘以流过的电流5mA,则功率为217.5*5=1.087W,该功率以热量消耗掉,你的LDO会发烫!

 

  回归到LDO,你选型时需要关注的基本概念有:

 

  压差、裕量电压、静态电流、接地电流、关断电流、效率、直流输入电压和负载调整率、输入电压和负载瞬态响应、电源抑制比(PSRR)、输出噪声和精度。

 

  


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