如何区别线性稳压器和开关电源DCDC

在做硬件设计的时候呢，经常会需要把12V电源转换成5V电源来使用，或者把5V电源转换成3.3V来使用。这个时候就需要用到电压转换芯片了。电压转换芯片，也就是低压差线性稳压器，英文简称LDO，它的应用非常的广泛。只要你接触过硬件电路，那么肯定直接或者间接的使用过它。它最大的问题就是在高压差大电流的情况下，很容易发烫。

其实除了LDO之外，还有一种效率更高的电压转换方式，发热也更低，这就是开关稳压器，英文简称DCDC，那一般会是这个样子的。相对来说，电路上会复杂一些，那最明显的特征呢是在它的电路里面有一颗电感。那么今天我们就来详细的聊一聊LDO和DCDC它各自的优缺点以及在设计中你应该选择哪一种作为自己的电压转换方案。

首先简单的介绍一下两种芯片的这个原理。对于LDO来说，它的内部可以看成是由一个小人，一个可调电阻，一个电压表所组成的。那这个小人他时时刻刻都在观察这个输出的电压值。当输出的电压高于5V的时候呢，小人就会增加可调电阻的值。而输出电压低于5V的时候呢，小人就会减小可调电阻的值，通过不停的调节可调电阻的值，就可以保证输出电压的恒定了。那这种方式最大的缺点就是多余的7V电压其实是被这个可调电阻消耗掉的，因此可调电阻的发热有可能会很大，而且总体的转换效率也会很低。那在DCDC的内部，也可以看成是有一个小人，一个电压表，只是说把这个可调电阻换成了一个开关，此时这个小人就会做两件事情。第一件事情他会周期性的开关，这个开关产生一个PWM波。第二件事情呢仍旧是不停的去看这个电压表。当他发现输出高于5V的时候，他就会让这个开关断开的时间稍微长一点，也就是PWM波低电平的时间会长一点。那当他发现这个输出电压低于5V的时候呢，就会让这个开关闭合的时间长一点。也就是PWM波高电平的时间长一点，这样子的话就可以让输出电压稳定在5V了。这种情况下呢，多余的7V电压其实是被这个开关拦截掉了，芯片本身就不需要去承担这个多余的电压，所以发热会小的很多。到这里呢DCDC 和LDO的各自优缺点基本上就看出来了。

可以从以下几个维度去评价一下：第一个是输出的功率线性稳压器，它并不适合输入输出高压差大电流的场景。因为如果这样的话，会导致芯片本身的发热很严重，但是DCDC就没有这样的限制。所以高压差大电流选择DCDC低压差小电流的话可以考虑LDO。

第二个考虑的维度是输出电压的平稳度，也就是电源的纹波。那对于一个电源的输出，当然希望它输出越平稳越好。像这样波涛汹涌的输出显然是不太合适的。

那么DCDC因为周期性的开关，所以多多少少会影响输出的平稳度，纹波就会稍微大一些。而LDO的输出就非常平稳，纹波会很小，所以这一点上LDO会更好。

第三个是效率。DCDC目前的效率基本上都在百分之八十以上，好的，可以达到百分之九十五，那怎么理解呢？比如说你需要一个5V2A的输出，也就是输出功率是10W。如果你使用DCDC方案的话，你只需要使用一个12V1A的输入电源就可以了，这样的话输入的电流会远小于输出的电流。

对于LDO来说呢，效率基本上就等于输出电压除以输入电压乘以百分之一百，所以这个压差越大，效率就越低，还是以12V转5V为例，它的效率基本上连42%都不到。所以你需要让LDO 输出2A的话，那么就至少需要选一个12V2A的输入电源显然远远不如DCDC来的划算。

下一个考虑的维度是温度，这个从效率上就可以看出来了。效率之外的部分全部都是用来发热的，所以LDO的发热要比DCDC大的多的多。

第五个维度是成本的考虑。DCDC因为工艺相对复杂，而且外围需要更多的元器件来配合它使用，所以总体的成本要比LDO的方案要高一些。

第六个维度是易用性的角度。LDO的话因为普及的时间比较久了，甚至连教科书上都有关于他的讲解。而且LDO的外围元件比较少。

最简单的情况下呢，只需要一个输入电容加一个输出电容就可以使用了。而开关电源外围元器件就比较多，而且因为会产生PWM波，所以p c b 布线要考虑的因素会更多。这一点上LDO就占优势了。

最后一点是静态功耗，即便是在没有任何负载的情况下，这些电源芯片本身它也会消耗一些功耗，称之为静态功耗。当然静态功耗一般都很小，大部分场景下我们可以忽略。但是有一些场景需要低功耗，比如说智能手表需要很长时间的待机，那么就需要考虑静态功耗这个因素了。一般来说，LDO比较容易把静态功耗做的很低，可以小于10uA甚至更低。那10uA是什么个概念呢？即便是用一个500mAh的小电池来供电，它也可以使用5.7年。所以很多的低功率场景我们都会使用LDO。那以上就是我总结的DCDC和LDO的一些区别了。我们可以看到它们几乎就是DC补的关系。LDO的优点就是DCDC的缺点，LDO的缺点就是DCDC的优点。

当然，大部分情况下，这些因素并不需要全部去考虑，因为不是所有的项目都需要考虑这些因素的。

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