在采用mcu/dsp/fpga设计的控制系统中,低压输入级(一般在12v以下),输出5v/3.3v/1.8v/1.5v/1.2v的电路中,常用的电源芯片是buck(降压型)开关稳压器和ldo(低压差)线性稳压器。这两款电源芯片在应用中,有着各自的优缺点,在电路设计时,需要根据实际有选择地使用。
一、ldo和buck降压稳压器对比
1、当输入电压为高电压时(一般是>5v的时候),并且输入输出压差很大时,需要选用buck开关稳压器,这种情况下,采用开关电源芯片,效率高,发热量小;若采用线性稳压器,则输入输出的压差过大,这部分功率都被消耗了,造成效率低、发热量巨大,需要额外增加大的散热片。当输入电压在5v以下时,优先考虑ldo线性稳压器,这类芯片的特点是低成本,若在不考虑成本及高要求的情况下,也可使用开关稳压器芯片。
2、当板级输出电源的输出电流>1a时,宜用buck开关稳压器,这类芯片型号非常多,这里就不一一列举了;当输出的电源在1a以下,最好选择ldo芯片,使用开关稳压器就有些浪费资源了,呵呵。
3、buck开关稳压器的输出纹波及稳压性不如ldo好,所以像mcu/dsp/fpga等内核电源(1.2v、1.5v、2.5v等)一般会选择ldo,这个可以多看看ti的电源管理芯片手册,里面有很多针对不同处理器的芯片推荐型号。另外,当输入电压很高或输入/输出电压压差很大,且输出电流比较大时,可采用“buck+ldo”方案。这个方案在一般的控制板上实现比较容易,成本也不高。
4、从电路设计的复杂程度上来说:buck开关稳压器电路要用外部电感,体积较大,有些还要使用外部mos管,电路设计和调试需要花费一定时间,除非是前期积累的成熟设计;而ldo电路则很简单,其外围电路只需要几个滤波电容。
5、buck开关稳压器的转换效率比ldo高,热温特性也比ldo好;在电路设计时,当需要输出电压精度很高时,必须用ldo来实现。
总结:只有将两者结合起来,才能得到一个稳定的,被认为是完美的电源电路。
二、ldo和buck降压稳压器应用注意事项
1、导致 ldo 产生振荡最常见的原因是什么?就是输出电容器!
a、esr 过高。 质量欠佳的钽电容器会具有高 esr,一般尽量采用进口器件。铝电解电容器在低温条件下将具有高 esr,一般采用钽电容器件。
b、esr 过低。在电路中,最好选用知名品牌的贴片器件。
2、造成buck开关稳压器芯片发热严重的一个原因:就是电感。
我们知道电感器的选择是依靠负载电阻,工作频率,输出电压(占空比)工作效率来确定的,不是越大或者越小越好。目前,一些购买到的贴片电感容易出现容量与标识不符的情况,造成芯片发热严重,解决方法就是采用直插式柱状电感器。
三、电源设计分享
第一个图是一个lp3965-adj的ldo电源设计,可以看到,在电路中设计了一个大的接地平面用作散热器。
第二个图是一个lm2596的降压开关电源设计,可以发现,开关电源的芯片面积仅有1/2,损耗大大减少了,意味着开关电源能够承受更高的热阻,减少散热的面积。
谐波电压or谐波电流的差异主要表现在这里!
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