降压电路LDO,ldo电路

芯片设计是否等于设计电路？

设计芯片电源是嵌入式系统中不可缺少的重要组成部分，电源设计的好坏直接决定了系统设计的成败。出现电源设计问题的原因一方面是由于设计者硬件设计经验不足;另一方面是集成稳压芯片品种繁多、手册说明不规范(特别是DC-DC转换器)。电源设计过程中，除了有电压和电流基本要求之外，还需要对效率、噪声、纹波、体积、抗干扰等性能指标有着一定的约束。

此外，对于采用电池供电的便携式嵌入式系统的电源来说，还要有电源管理的考虑。 1电源技术概述　　按照调整管的工作状态来分，直流稳压电源可以分为两大类：一类是线性稳压电源（LDO）;另一类是开关稳压电源[DCDC]。调整管工作在线性状态的称为线性稳压器;调整管工作在开关状态的称为开关型稳压器。线性稳压电源可以细分为两种，一种是普通线性稳压器;另一种是低压差线性稳压器(Low DropOut regulator，LDO)。

开关电源稳压器也可以细分为两种，一种是电容式DC-DC转换器，即常说的电荷泵;另一种是电感式DC-DC转换器，即通常所说的DC-DC转换器。　在保证输出稳定的前提下，输入电压高出预设输出电压的电压值叫输入/输出电压差。这个参数不仅与稳压器采用的调整管有关，而且与管子的工作状态有关。普通线性稳压器采用的调整管一般是双极型晶体管，管子工作在线性状态，输入输出电压差一般在1～3 V;而低压差线性稳压器采用的管子一般是场效应管，导通电阻在几十~几百mΩ，所以输入输出压降在1 V以下，做得比较小的可以达到01 V以下，如美国半导体公司的LP3999和LP3985，最小压差均为006 V。

　　线性集成稳压器的总功率耗散PD的计算公式如下： 其中：Vin为稳压器输入电压;Vout为稳压器输出电压;Iout为稳压器输出电流;Iq为稳压器静态电流。　　线性稳压器的效率定义为： 其中：Vin、Vout、Iout、Iq的含义同式1;Pout为输出功率;Pin为输入功率;Iin为输入电流。　　根据以上对耗散功率和效率的分析，为了提高效率，必须使输入/输出压差和静态电流尽可能小。

如果不考虑负载的话，输入/输出压差是决定效率的关键因素。LDO的工作效率一般在60%～75%之间，静态电流小的效率会好一些。在忽略LDO静态电流的情况下，可以采用Vout/Vin来估算效率。1.1.1普通线性稳压器 图1线性稳压器原理图　　普通线性稳压器的原理图如图1所示，取样电压加在比较器U1的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器U1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Uo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;若输出电压Uo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。　　在图1中，根据KVL定律可知，UO=Ui-Vce，Vce为管子集电极到发射极的压降，对于普通线性稳压器，这个压降一般为1～3 V，LM7805的输入/输出压差一般在2 V以上，当然这个压差是随工作温度和输出电流大小而变化的，不是一个固定值，在选用普通线性稳压器的时候必须满足输入/输出最小压差的要求，否则稳压芯片不能正常工作。

如LM7805的输入电压范围是5～18 V，预想输出5 V电压，输入电压必须比预期输出5 V高出2 V，即输入电压必须在7 V以上才能保证芯片正常工作。这一点是设计时需要特别注意的。　　普通线性稳压器的特点如下：　　① 调整管功耗较大，电源效率低，一般只有45%左右。　　② 体积大，需要占用较大的板子空间。

　　③ 发热严重，要求较高的场合需要安装散热器。　　④ 静态电流较大，一般在mA级。　　⑤ 需要外接容量较大的低频滤波电容，增大了电源的体积。　　普通线性稳压器价格低，静态电流大，效率较低，最小输入/输出电压差较大，只能用于降压且对电源效率和体积没有严格要求的场合，如充电器、实验仪器等。　　1.1.2低压差线性稳压器　　低压差线性稳压器的工作原理与普通线性稳压器的原理完全一样，都是通过控制调整管上的压降变化来稳定输出电压。

二者的差异在于采用的调整管结构的不同，从而使LDO比普通线性稳压器压差更小，功耗更低。　　需要说明的是，实际的线性稳压器还应当具有许多其他的功能，比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等，很多芯片的调整管采用MOSFET。　　当用在降压并且输入/输出电压很接近的场合，选用LDO稳压器是一种不错的选择，根据上文线性稳压器效率的分析可知，当输入/输出压差较小时，LDO可以达到较高的效率。

因此，在把锂离子电池电压转换为3 V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽然电池的能量最后有10%不能使用，LDO稳压器仍然能够保证电池较长的工作时间，同时噪音较低。　　此外，LDO具有极高的信噪抑制比，非常适合用做对噪声敏感的小信号处理电路供电。同时，由于没有开关时大的电流变化所引发的电磁干扰，所以便于设计。

很多手机、便携式设备等对干扰敏感的设备很多都采用多路输出的LDO用作系统的电源芯片。　　1.2开关电源　　1.2.1电容式开关电源　　电容式开关电源(即电荷泵)基本工作原理是利用电容的储能的特性，通过可控开关(双极型三极管或者MOSFET等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。

其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。电容式开关电源可以用于升压和降压。　　其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数(0.5、2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。　　电荷泵的特点有：　　① 转换效率与输入电压密切相关。

电荷泵的近似效率计算公式： 其中：Vout为输出电压;Vin为输入电压;n为倍率。　　由式(3)可以看出，当输出电压和倍率一定时，输入越小，电荷泵的效率越高。电荷泵效率一般可以达到75%以上。　　② 输出电压一般是输入电压的倍数，它能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压，常见的有±0.5倍压、±1倍压、±1.5倍压、±2倍压、±3倍压。

当然，一些新型的片子也支持输出电压可调，如MAX1759，输入电压范围是1.6～5.5 V，输出可固定为33 V或在25～55 V内可调，可提供最大100 mA的输出电流。　　② 输出电流较小，一般在300 mA以下。　　③ 设计简捷，占用印制板面积小，容易使用。　　④ 低EMI和输出纹波。　　⑤ 价格中等。

　　对采用电池供电的便携式电子产品来说，采用电荷泵变换器来获得负电源或倍压电源，不仅仅减少电池的数量、减少产品的体积、重量，而且在减少能耗延长电池寿命等方面起到极大的作用。在手机和其他的一些通信设备中，常用电荷泵来驱动白光LED用作LCD背光电源。 在电路设计时，常用的电源器件无外乎两种，DC/DC和LDO。

LDO是一种低压差线性稳压器，或者叫低压降器件，说明它一般用于需要降压的场合，具有成本低，噪音低，静态电流小等优点。它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容。LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平，主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET。P沟道MOSFET是电压驱动的，不需要电流，所以大大降低了器件本身消耗的电流。

另外，P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由于MOSFET的导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。DC/DCDC/DC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DC/DC转换器，包括LDO。但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫DC/DC。

DC/DC包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC/DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随着集成度的提高，许多新型DC/DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是，这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。如何选型如果输入电压和输出电压很接近，最好是选用LDO稳压器，可达到很高的效率，最重要的是成本低。

有同行牛人作的总结了适用LDO的应用场合：比如需要高要求的电源噪声抑制和纹波抑制的产品，比如PCB板面积小，如手机等手持电子产品，比如电路电源不允许使用电感器，如手机等产品，比如电源需要具有瞬时校准和输出状态自检功能，比如要求稳压器低压降，自身功耗低的产品，比如要求线路成本低和方案简单的产品。如果输入电压和输出电压相差较大，或者压降较大，就要考虑用开关型的DC/DC了，因为LDO的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高，所以DC/DC很合适。

DC/DC虽然效率高，可以输出大电流，但同时输出干扰较大，体积也相对较大，成本稍高。总结下，升压是一定要选DC/DC，而降压是选择DC/DC还是LDO，要在成本，效率，噪声和性能上比较再做分析。LDO和DC-DC的区别 应当可以这样理解：DC-DC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DC-DC转换器，包括LDO。

但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫DC-DC。　　1 什么是LDO　　LDO是低压降的意思，这有一段说明：低压降（LDO）线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压器可达到以下指标：输出噪声30μV，PSRR为60dB，静态电流6μA，电压降只有100mV。

如何实现一个低成本的LDO？

LDO意即低压差线性稳压器，与7806及LM317这类普通的稳压IC相比，低压差稳压器可以在很小的工作压差下正常工作。譬如将单节锂电池的电压转为3.3V给P89LPC935单片机供电，若采用LM317这类普通稳压IC来产生3.3V电压，其输入电压至少得≥6.3V（LM317的最小压差为3V），而采用超低压差的CMOS稳压IC，输入电压只要≥3.4V即可。

提问者说如何实现低成本的LDO？若电路中需要用到低压差稳压电路，直接选用专用的低压差稳压IC成本是最低的。这里我们介绍两款常用的、低成本的低压差稳压IC。1、LM1117低压差稳压ICLM1117是一款常用的低压差稳压IC，其输入电压最高为15V，输出电压分为固定版和可调版两种。固定版的输出电压有1.8V、2.5V、3.3V及5V，可调版的型号带有后缀“adj”，其输出电压可在1.25～13.8V范围内调整。

该IC的最大输出电流为0.8A，工作压差最大为1.2V（在负载电流为0.8A时），具体压差大小与负载电流大小有关，一般负载电流越小，要求的压差也小。上图是LM1117的应用电路，此电路与7805稳压电路一样，只是工作压差低一些，功耗小一些，适宜一些电池供电的便携式产品中。譬如将3.7V锂电池电压转为1.5V，选用LM1117-1.5即可。

2、HT7333微功耗、超低压差稳压IC上述的LM1117为双极型低压差稳压IC，其工作压差并不是很小，静态功耗也较大，若电路中要求很小的压差及功耗，可以选用上图所示的CMOS超低压差微功耗稳压IC。上图中的HT7333是HT73xx系列稳压IC中的一种，其输出电压为3.3V，最大输出电流为250mA，静态工作电流仅4μA，工作压差典型值为45mV（即IC的输入电压比输出电压高约45mV，即可工作），非常适合用电池作电源的微功耗电子产品中使用。

24V转5V(或3.3V),电流1.5A，SOP8封装外围电路简单，什么芯片好？

想将24V电压转为5V或3.3V，输出电流为1.5A，并且要求为SOP-8贴片封装，外围电路简单，由于输出电流较大，像MC34063这类SOP-8封装的降压IC已无法胜任，这里推荐一款外围电路简单的DC-DC降压IC——TPS5450，其输出电流最大可达5A。上图为TPS5450构成的大电流DC-DC降压电路，最大输出电流可达5A。

该降压IC的输入电压范围为5.5～36V，输出电压可通过外接电阻设置，最低可设置为1.22V。上图中的输出电压由其④脚外接的两个电阻决定，当它们取值分别为10KΩ和3.3KΩ时，输出电压即为5V。TPS5450采用SOP-8封装，外形如上图所示。该IC内部设有过压、过流及热关断保护电路，其②脚和③脚为空脚。