什么是電源芯片? 它有什么作用? 在選擇電源芯片的時候，應該考慮哪些地方? 輸入電壓線性調整率、輸入電壓線性變化時對輸出電壓的相對影響? 下面先來了解幾個概念問題：

1、輸出電壓負載調整率：負載電流變化時輸出電壓相對變化情況

2、輸出電壓精度：器件輸出電壓的誤差范圍

3、負載瞬態響應：負載電流從一個小值到最大值快速變化時，輸出電壓的波動。

電源芯片選擇DC/DC還是LDO?

這個取決于你的應用場合。 比如用在升壓場合，當然只能用DC/DC，因為LDO是壓降型，不能升壓。

另外看下各自的主要特點： DC/DC效率高，噪聲大; LDO噪聲低，靜態電流小。 所以如果是用在壓降比較大的情況下，選擇DC/DC，因為其效率高，而LDO會因為壓降大而自身損耗很大部分效率; 如果壓降比較小，選擇LDO，因為其噪聲低，電源干凈，而且外圍電路簡單，成本低。

LDO是lowdropoutregulator，意為低壓差線性穩壓器，是相對于傳統的線性穩壓器來說的。 傳統的線性穩壓器，如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2V~3V以上，否則就不能正常工作。 但是在一些情況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5V轉3.3V，輸入與輸出的壓差只有1.7V，顯然是不滿足條件的。 針對這種情況，才有了LDO類的電源轉換芯片。

LDO線性降壓芯片：原理相當于一個電阻分壓來實現降壓，能量損耗大，降下的電壓轉化成了熱量，降壓的壓差和負載電流越大，芯片發熱越明顯。 這類芯片的封裝比較大，便于散熱。 LDO線性降壓芯片如：LM2596，L78xx系列等。

DC/DC降壓芯片：在降壓過程中能量損耗比較小，芯片發熱不明顯。 芯片封裝比較小，能實現PWM數字控制。 DC/DC降壓芯片如：TPS5430/31，TPS75003，MAX1599/61，TPS61040/41等。

LDO是lowdropoutregulator，意為低壓差線性穩壓器，是相對于傳統的線性穩壓器來說的。 傳統的線性穩壓器，如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2V~3V以上，否則就不能正常工作。 但是在一些情況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5V轉3.3V，輸入與輸出的壓差只有1.7V，顯然是不滿足條件的。 針對這種情況，才有了LDO類的電源轉換芯片。 生產LDO芯片的公司很多，常見的有ALPHA，Linear(LT)，Micrel，Nationalsemiconductor，TI等。

DC-DC電路設計技巧及器件選型原則

01.概念及特點

DC-DC指直流轉直流電源(Direct Current)。 是一種在直流電路中將一個電壓值的電能變為另一個電壓值得電能的裝置。 如，通過一個轉換器能將一個直流電壓(5.0V)轉換成其他的直流電壓(1.5V或12.0V)，我們稱這個轉換器為DC-DC轉換器，或稱之為開關電源或開關調整器。

DC-DC轉換器一般由控制芯片，電感線圈，二極管，三極管，電容器構成。 在討論DC-DC轉換器的性能時，如果單針對控制芯片，是不能判斷其優劣的。 其外圍電路的元器件特性，和基板的布線方式等，能改變電源電路的性能，因此，應進行綜合判斷。

DC-DC轉換器的使用有利于簡化電源電路設計，縮短研制周期，實現最佳指標等，被廣泛用于電力電子、軍工、科研、工控設備、通訊設備、儀器儀表、交換設備、接入設備、移動通訊、路由器等通信領域和工業控制、汽車電子、航空航天等領域。 具有可靠性高、系統升級容易等特點，電源模塊的應用越來越廣泛。 此外，DC-DC轉換器還廣泛應用于手機、MP3、數碼相機、便攜式媒體播放器等產品中。 在電路類型分類上屬于斬波電路。

DC-DC的主要特點是效率高：與線性穩壓器的LDO相比較，效率高是DCDC的顯著優勢。 通常效率在70%以上，重載下高的可達到95%以上。 其次是適應電壓范圍寬。

A: 調制方式

1: PFM(脈沖頻率調制方式)。 開關脈沖寬度一定 ，通過改變脈沖輸出的頻率，使輸出電壓達到穩定。 PFM控制型即使長時間使用，尤其小負載時具有耗電小的優點。

2: PWM(脈沖寬度調制方式)。 開關脈沖的頻率一定 ，通過改變脈沖輸出寬度，使輸出電壓達到穩定。 PWM控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。

B: 通常情況下，采用PFM和PWM這兩種不同調制方式的DC-DC轉換器的性能不同點如下：PWM的頻率，PFM的占空比的選擇方法。 PWM/PFM轉換型小負載時實行PFM控制，且在重負載時自動轉換到PWM控制。

02.架構分類

1)常見的三種原理架構：

A、 Buck(降壓型DC/DC轉換器)

圖1

B、Boost(升壓型DC/DC轉換器)

圖2

C、Buck-Boost(升降壓型DC/DC轉換器)

圖3

2)Buck電路工作原理詳解

圖4

伏秒平衡原則：處于穩定狀態的電感，電感兩端的正伏秒積等于負伏秒積，即：電感兩端的伏秒積在一個開關周期內必須平衡。

圖5

當開關導通時：輸入電壓Vin加到LC濾波器的輸入端，電感上的電流以固定斜率線性上升。 如下圖：

圖6

當開關關斷時：由于電感上的電流不能突變，電感中存儲的能量向負載釋放,電感電流通過二極管續流 ，在這個階段，電流波形是一條斜率為負的斜線。 如下圖：

圖7

03.設計技巧及主要技術參數選用要求

DC-DC電路設計至少要考慮以下條件：A.外部輸入電源電壓的范圍，輸出電流的大小。 B. DC-DC輸出的電壓，電流，系統的功率最大值。

1.輸入/輸出電壓(Input &Output Voltage)：Vin/Vout。 要按照器件的推薦工作電壓范圍選用，并且要考慮實際電壓的波動范圍，確保不能超出器件規格。

2.輸出電流(Output Current)：Iout。 器件持續的輸出電流能力是一個重要的參數，選用時要參考此參數，并要保留一定的余量。 此參數的選取還要評估電路的瞬間峰值電流和發熱的情況，綜合來確定，并滿足降額要求。

3.紋波(Output ripple)：Vpk-pk。 紋波是衡量電路的輸出電壓波動的重要參數。 要關注輕載和重載紋波，一般輕載紋波要大。 注意核電等場合下輕載紋波是否會超出要求。 實際測試下各種場景負載下的情況。 通常選用示波器20M帶寬來測試。

4.效率(Efficiency)：要同時關注輕載和重載兩種情況。 輕載會影響待機功率，重載影響溫升。 通常看12V輸入，5V輸出下10mA的效率，一般要80%以上。

5.瞬態響應 (Transient response)：瞬態響應特性反應負載劇烈變化時系統是否能及時調整以保證輸出電壓的穩定。 要求輸出電壓波動越小越好，一般按峰峰值10%以下要求。 實際要注意按推薦值選用反饋電容。 常見取值在22p到120pF。

圖9

6.開關頻率(Switching Frequency) ：fsw。 常用的開關頻率多數在500kHz以上。 較高的開關頻率1.2M到2M的也有，由于頻率高開關損耗增加IC散熱設計要好，故主要集中在5V低壓輸入小電流的產品。 開關頻率關系到電感電容的選用，其它如EMC，輕載下噪音等問題也與之有關。

7.反饋參考電壓及精度(Feedback Voltage &output accuracy) ：Vref。 反饋電壓要與內部的參考電壓相比較，配合外部的反饋分壓電阻，輸出不同電壓。 不同產品的參考電壓會有不同，如0.6~0.8V，替換時注意調整反饋電阻。 反饋電阻要選用1%精度，只要根據廠家推薦來選，一般不要選的過大，以免影響穩定性。 參考電壓精度影響輸出準確度，常見精度在2%以下，如1%~1.5%,精度高的產品成本會有差別。 根據需要選擇。

8.線性穩定度和負載穩定度(line/load regulation)：線性穩定度反應輸入電壓變化輸出電壓穩定性。 負載穩定度反應輸出負載變化輸出電壓穩定性。 一般要求1%，最大不要超3%。

EN電平：EN高低電平要滿足器件規格要求，有些IC不能超出特定電壓范圍; 電阻分壓時注意滿足及時關斷，并且考慮電壓波動最大范圍內要滿足。 由于時序控制的需要，該引腳會增加電容，為了電平調節和關斷放電，同時要有對地電阻。

10.保護性能：要有過流保護OCP，過熱保護OTP等，并且保護后條件消失能自恢復。

11.其它：要求有軟啟動; 熱阻和封裝; 使用溫度范圍要能覆蓋高低溫等。

04.器件選型一般原則

普遍性

高性價比

易采購生命周期長

兼容和可替代

資源節約

降額

易生產和歸一化

05.外圍器件選擇的要求

1.輸入電容：要滿足耐壓和輸入紋波的要求。 一般耐壓要求1.5~2倍以上輸 入電壓。 注意瓷片電容的實際容量會隨直流電壓的偏置影響而減少。

2.輸出電容：要滿足耐壓和輸出紋波的要求。 一般耐壓要求1.5~2倍 。

紋波和電容的關系：

3.BST電容:按照規格書推薦值。 一般0.1uF-1uF。 耐壓一般要高于輸入電壓。

4.電感：不同輸出電壓的要求感量不同; 注意溫升和飽和電流要滿足余量要求，一般最大電流的1.2倍以上(或者電感的飽和電流必須大于最大輸出電流+0.5*電感紋波電流)。 通常選擇合適的電感值L，使ΔIL占輸出電流的30%~50%。 計算公式：

VCC電容：按規格書 要求取值，不能減小，也不要太大，注意耐壓。

6.反饋電容：按規格書 要求取值，不同廠家芯片取值不同，輸出電壓不同也會有不同的要求。

7.反饋電阻和EN分壓電阻：要求按規格書取值，精度1%。

06.PCB設計要求

1.輸入電容就近放在芯片的輸入Vin和功率的PGND，減少寄生電感的存在，因為輸入電流不連續，寄生電感引起的噪聲對芯片的耐壓以及邏輯單元造成不良影響 。 電容地端增加過孔，減少阻抗。

2.功率回路盡可能的短粗，保持較小的環路面積，較少噪聲輻射。 SW是噪聲源，保證電流的同時保持盡量小的面積，遠離敏感的易受干擾的位置。 如，電感靠近SW引腳，遠離反饋線。 輸出電容靠近電感，地端增加地過孔。

VCC電容應就近放置在芯片的VCC管腳和芯片的信號地之間，盡量在一層，不要有過孔。

4.FB是芯片最敏感，最容易受干擾的部分，是引起系統不穩定的最常見原因： 1)FB電阻連接到FB管腳竟可能短，靠近IC放置，減少噪聲的耦合; FB下分壓電阻通常接信號地AGND; 2)遠離噪聲源，SW點，電感，二極管(非同步buck); FB走線包地; 3)大電流負載的FB在負載遠端取，反饋電容走線要就近取。

5.BST的電容走線盡量短，不要太細。

6.芯片散熱要按設計要求，盡量在底下增加過孔散熱。

什么是LDO(低壓降)穩壓器?

LDO是一種線性穩壓器。 線性穩壓器使用在其線性區域內運行的晶體管或FET，從應用的輸入電壓中減去超額的電壓，產生經過調節的輸出電壓。 所謂壓降電壓，是指穩壓器將輸出電壓維持在其額定值上下100mV之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。

正輸出電壓的LDO(低壓降)穩壓器通常使用功率晶體管(也稱為傳遞設備)作為PNP。 這種晶體管允許飽和，所以穩壓器可以有一個非常低的壓降電壓，通常為200mV左右; 與之相比，使用NPN復合電源晶體管的傳統線性穩壓器的壓降為2V左右。 負輸出LDO使用NPN作為它的傳遞設備，其運行模式與正輸出LDO的PNP設備類似。

更新的發展使用CMOS功率晶體管，它能夠提供最低的壓降電壓。 使用CMOS，通過穩壓器的唯一電壓壓降是電源設備負載電流的ON電阻造成的。 如果負載較小，這種方式產生的壓降只有幾十毫伏。

DC/DC的意思是直流變(到)直流(不同直流電源值的轉換)，只要符合這個定義都可以叫DC/DC轉換器，包括LDO，但是一般的說法是把直流變(到)直流由開關方式實現的器件叫DC/DC。

LDO是低壓降的意思，這有一段說明：低壓降(LDO)線性穩壓器的成本低，噪音低，靜態電流小，這些是它的突出優點。 它需要的外接元件也很少，通常只需要一兩個旁路電容。 新的LDO線性穩壓器可達到以下指標：輸出噪聲30μV，PSRR為60dB，靜態電流6μA，電壓降只有100mV。

LDO線性穩壓器的性能之所以能夠達到這個水平，主要原因在于其中的調整管是用P溝道MOSFET，而普通的線性穩壓器是使用PNP晶體管。 P溝道MOSFET是電壓驅動的，不需要電流，所以大大降低了器件本身消耗的電流; 另一方面，采用PNP晶體管的電路中，為了防止PNP晶體管進入飽和狀態而降低輸出能力，輸入和輸出之間的電壓降不可以太低; 而P溝道MOSFET上的電壓降大致等于輸出電流與導通電阻的乘積。 由于MOSFET的導通電阻很小，因而它上面的電壓降非常低。

如果輸入電壓和輸出電壓很接近，最好是選用LDO穩壓器，可達到很高的效率。 所以，在把鋰離子電池電壓轉換為3V輸出電壓的應用中大多選用LDO穩壓器。 雖說電池的能量最后有百分之十是沒有使用，LDO穩壓器仍然能夠保證電池的工作時間較長，同時噪音較低。

如果輸入電壓和輸出電壓不是很接近，就要考慮用開關型的DC/DC了，因為從上面的原理可以知道，LDO的輸入電流基本上是等于輸出電流的，如果壓降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。

DC-DC轉換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。 DC/DC轉換器的優點是效率高、可以輸出大電流、靜態電流小。 隨著集成度的提高，許多新型DC/DC轉換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器。 但是，這類電源控制器的輸出脈動和開關噪音較大、成本相對較高。

近幾年來，隨著半導體技術的發展，表面貼裝的電感器、電容器、以及高集成度的電源控制芯片的成本不斷降低，體積越來越小。 由于出現了導通電阻很小的MOSFET可以輸出很大功率，因而不需要外部的大功率FET。 例如對于3V的輸入電壓，利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的輸出。 其次，對于中小功率的應用，可以使用成本低小型封裝。 另外，如果開關頻率提高到1MHz，還能夠降低成本、可以使用尺寸較小的電感器和電容器。 有些新器件還增加許多新功能，如軟啟動、限流、PFM或者PWM方式選擇等。

總的來說，**升壓是一定要選DC/DC的; 降壓，是選擇DC/DC還是LDO，要在成本，效率，噪聲和性能上比較。 **LDO體積小，干擾較小，當輸入與輸出電壓差較大時，轉換效率低。 DC/DC好處就是轉換效率高，可以大電流，但輸出干擾較大，體積也相對較大。

LDO一般是指線性的穩壓器--Low Drop Out，而DC/DC則是線性式和開關式穩壓器的總稱。 如果你的輸出電流不是很大(如3A以內)，而且輸入輸出壓差也不大(如3.3V轉2.5V等)就可以使用LDO的穩壓器(優點是輸出電壓的ripple很小)。 否則最好用開關式的穩壓器，如果是升壓，也只能用開關式穩壓器(如果ripple控制不好，容易影響系統工作)。

LDO的選擇

當所設計的電路對分路電源有以下要求：

1、高的噪音和紋波抑制;

2、占用PCB板面積小，如手機等手持電子產品;

3、電路電源不允許使用電感器，如手機;

4、電源需要具有瞬時校準和輸出狀態自檢功能;

5、要求穩壓器低壓降，自身功耗低;

6、要求線路成本低和方案簡單。

此時，選用LDO是最恰當的選擇，同時滿足產品設計的各種要求。

審核編輯：湯梓紅