LDO与DC-DC 的入门理解——工程师原创应用笔记

【编者按】此文章适合于对电源技术浅尝辄止的初学者，之所说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DC-DC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”：

因为但你把电池换为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，DC-DC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。

对于这些概念的简易化解释，留待后续！当然，为避免你在网络搜索时在茫茫资料中看得眼花缭乱，我准备了一份文档《 理解低压差稳压器 (LDO) 实现系统优化设计》，作者Glenn Mortia，这个文档对所述的基本概念进行了讲解，理解完之后，足以让你有一个新的进阶！

作者介绍：雕塑者（笔名），一名乐于开源文化的工程师，个人公众号【硬件大熊】。后续原创技术应用笔记还将在我爱方案网上线，敬请期待！

来源：我爱方案网

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