如何區別線性穩壓器和開關電源DCDC

在做硬件設計的時候呢，經常會需要把12V電源轉換成5V電源來使用，或者把5V電源轉換成3.3V來使用。這個時候就需要用到電壓轉換芯片了。電壓轉換芯片，也就是低壓差線性穩壓器，英文簡稱LDO，它的應用非常的廣泛。只要你接觸過硬件電路，那么肯定直接或者間接的使用過它。它最大的問題就是在高壓差大電流的情況下，很容易發燙。

其實除了LDO之外，還有一種效率更高的電壓轉換方式，發熱也更低，這就是開關穩壓器，英文簡稱DCDC，那一般會是這個樣子的。相對來說，電路上會復雜一些，那最明顯的特征呢是在它的電路里面有一顆電感。那么今天我們就來詳細的聊一聊LDO和DCDC它各自的優缺點以及在設計中你應該選擇哪一種作為自己的電壓轉換方案。

首先簡單的介紹一下兩種芯片的這個原理。對于LDO來說，它的內部可以看成是由一個小人，一個可調電阻，一個電壓表所組成的。那這個小人他時時刻刻都在觀察這個輸出的電壓值。當輸出的電壓高于5V的時候呢，小人就會增加可調電阻的值。而輸出電壓低于5V的時候呢，小人就會減小可調電阻的值，通過不停的調節可調電阻的值，就可以保證輸出電壓的恒定了。那這種方式最大的缺點就是多余的7V電壓其實是被這個可調電阻消耗掉的，因此可調電阻的發熱有可能會很大，而且總體的轉換效率也會很低。那在DCDC的內部，也可以看成是有一個小人，一個電壓表，只是說把這個可調電阻換成了一個開關，此時這個小人就會做兩件事情。第一件事情他會周期性的開關，這個開關產生一個PWM波。第二件事情呢仍舊是不停的去看這個電壓表。當他發現輸出高于5V的時候，他就會讓這個開關斷開的時間稍微長一點，也就是PWM波低電平的時間會長一點。那當他發現這個輸出電壓低于5V的時候呢，就會讓這個開關閉合的時間長一點。也就是PWM波高電平的時間長一點，這樣子的話就可以讓輸出電壓穩定在5V了。這種情況下呢，多余的7V電壓其實是被這個開關攔截掉了，芯片本身就不需要去承擔這個多余的電壓，所以發熱會小的很多。到這里呢DCDC 和LDO的各自優缺點基本上就看出來了。

可以從以下幾個維度去評價一下：第一個是輸出的功率線性穩壓器，它并不適合輸入輸出高壓差大電流的場景。因為如果這樣的話，會導致芯片本身的發熱很嚴重，但是DCDC就沒有這樣的限制。所以高壓差大電流選擇DCDC低壓差小電流的話可以考慮LDO。

第二個考慮的維度是輸出電壓的平穩度，也就是電源的紋波。那對于一個電源的輸出，當然希望它輸出越平穩越好。像這樣波濤洶涌的輸出顯然是不太合適的。

那么DCDC因為周期性的開關，所以多多少少會影響輸出的平穩度，紋波就會稍微大一些。而LDO的輸出就非常平穩，紋波會很小，所以這一點上LDO會更好。

第三個是效率。DCDC目前的效率基本上都在百分之八十以上，好的，可以達到百分之九十五，那怎么理解呢？比如說你需要一個5V2A的輸出，也就是輸出功率是10W。如果你使用DCDC方案的話，你只需要使用一個12V1A的輸入電源就可以了，這樣的話輸入的電流會遠小于輸出的電流。

對于LDO來說呢，效率基本上就等于輸出電壓除以輸入電壓乘以百分之一百，所以這個壓差越大，效率就越低，還是以12V轉5V為例，它的效率基本上連42%都不到。所以你需要讓LDO 輸出2A的話，那么就至少需要選一個12V2A的輸入電源顯然遠遠不如DCDC來的劃算。

下一個考慮的維度是溫度，這個從效率上就可以看出來了。效率之外的部分全部都是用來發熱的，所以LDO的發熱要比DCDC大的多的多。

第五個維度是成本的考慮。DCDC因為工藝相對復雜，而且外圍需要更多的元器件來配合它使用，所以總體的成本要比LDO的方案要高一些。

第六個維度是易用性的角度。LDO的話因為普及的時間比較久了，甚至連教科書上都有關于他的講解。而且LDO的外圍元件比較少。

最簡單的情況下呢，只需要一個輸入電容加一個輸出電容就可以使用了。而開關電源外圍元器件就比較多，而且因為會產生PWM波，所以p c b 布線要考慮的因素會更多。這一點上LDO就占優勢了。

最后一點是靜態功耗，即便是在沒有任何負載的情況下，這些電源芯片本身它也會消耗一些功耗，稱之為靜態功耗。當然靜態功耗一般都很小，大部分場景下我們可以忽略。但是有一些場景需要低功耗，比如說智能手表需要很長時間的待機，那么就需要考慮靜態功耗這個因素了。一般來說，LDO比較容易把靜態功耗做的很低，可以小于10uA甚至更低。那10uA是什么個概念呢？即便是用一個500mAh的小電池來供電，它也可以使用5.7年。所以很多的低功率場景我們都會使用LDO。那以上就是我總結的DCDC和LDO的一些區別了。我們可以看到它們幾乎就是DC補的關系。LDO的優點就是DCDC的缺點，LDO的缺點就是DCDC的優點。

當然，大部分情況下，這些因素并不需要全部去考慮，因為不是所有的項目都需要考慮這些因素的。

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