一文了解开关电源 vs LDO电源原理

2021-07-30 16:23

黄刚 | 文

从本篇开始,我们来谈谈开关电源和LDO电源的一些原理上,指标上的区别对比,目的是分析它们之间的优缺点,从而找到如何在PCB设计上更好的进行选择使用。本来本人是想从直流电源的种类的选择进行切入,查阅了不少资料,发现对直流电源的分类不太明确,按类型分,按电路结构分,按拓扑分都不太一样。有的把它分为线性型,开关型,可控硅整流型和感应型;有的又把它分为化学电源,线性稳压电源和开关型稳压电源,有的分类干脆就分两种,线性型和开关型。

回到我们熟悉的PCB中,大的分类就比较明确了,主要有线性电源和开关电源,其中线性电源主要使用LDO电源,开关电源就是我们通常说的DC-DC电源。其实严谨来说,线性电源不能等同于LDO电源,LDO电源只是线性电源的其中一种,只不过它具有比较低的调整管压差而得名。

前面的文章有提过开关电源的一些原理,因此在讲它们的区别之前,觉得应该补充下LDO的原理,然后才能进行下面的对比。

LDO,low dropout regulator,中文是低压差线性稳压器,它内部的一般结构如下图:

用到的元器件也比较简单,一个串联调整管VT,两个分压电阻R1,R2,放大器A,基准电压REF部分,然后就可以把输入和输出连接起来,由R1和R2分压得到的放大器的同相输入端电压为取样电压,放大器反相输入端电压为一个基准电压,放大器的输出用来驱动调整管,调整管的输入输出连接输入输出电压。

然后它是怎么进行稳压的呢,我们对它的工作原理进行描述下:

当输出电压Uout下降时,由R1和R2分压的取样电压(即放大器的同相输入端电压)下降,因此放大器的输出驱动电流增加,从而导致串联调整管的压降减小,即Uin-Uout减小,最终使Uout电压上升。当输出电压Uout上升时同理。

如果你们觉得关于开关电源和LDO的原理描述还过于复杂的话,本人还特地画了以下这个模型进行比喻(画得不太好看,请多多见谅哈)。

我们把输入电压比喻成一个大的水龙头,我们的目的是从这个大的水龙头(输入电压)中接取小的水流(输出电压),我们有以下两种方式去完成。

左边的方式是我们加个水阀,把水阀开到一个我们需要的位置,把这个位置固定,然后让水龙头流出我们需要的水流大小;或者我们脑洞可以开得大一点,用右边的方法,我们通过不断的把水龙头全开全关,这样其实也能得到连续的水流,前提是我们开和关的速度要快些,不然水流会断,然后通过开和关的时间的比例也能控制水流的大小。这其实就是LDO和DC-DC电源工作原理的主要区别。(希望大家能看明白呵呵)