用(yòng)于 DC、AC 和 RF 的降压转换器稳压器与 LDO：哪个最好？

2021-09-04

用(yòng)于 DC、AC 和 RF 的降压转换器稳压器与 LDO：哪个最好？

这似乎是一个总是陷入困境的基本问题：什么时候应该使用(yòng) LDO 与降压稳压器？与开关转换器相比，选择 LDO 的一些重要方面是被供電(diàn)组件的类型、从稳压器汲取的总電(diàn)流以及这些组件可(kě)以承受的热量。

我研究了一些限制 LDO 效率的因素，即由于组件的结构以及它如何响应高于其压差水平的高输入電(diàn)压。对于降压转换器，这不是一个问题，但现在开关元件中的开/关调制率成為(wèi)需要考虑的重点。这些是与 MOSFET 结构相关的复杂问题，因此最好不要停留在这个话题上。相反，我们想看看您希望选择降压转换器还是 LDO 作為(wèi)功率调节策略中的最终输出级的某些情况。

降压转换器与 LDO 的简要比较

如果您正在考虑对系统的某些部分(fēn)使用(yòng)降压转换器还是 LDO，或者為(wèi)整个電(diàn)路板供電(diàn)，您应该考虑需要供電(diàn)的组件类型以及它们应该消耗多(duō)少功率。以下是选择稳压器组件和设计電(diàn)路时要考虑的要点：

稳压器電(diàn)路的这些方面中的每一个在不同类型的電(diàn)路中都起着重要作用(yòng)。為(wèi)了更清楚地说明这些差异，让我们看一下三个典型系统：DC、AC（全模拟）和 RF。

直流電(diàn)路

只要您需要调节的输入電(diàn)压接近稳压器所需的输出電(diàn)压，直流工作就非常容易。如果您在 DC 下工作，或使用(yòng)数字電(diàn)路在名义上在 DC 下工作，出于多(duō)种原因，LDO 通常是您的最佳选择，但前提是您在低電(diàn)流下工作，或者在压差電(diàn)压以上的電(diàn)压差最小(xiǎo)。有(yǒu)两种情况最适合使用(yòng) LDO：

在一定電(diàn)流范围内的低差分(fēn)。在最坏的情况下，当您在高電(diàn)流下工作时，会产生大量热量，并且设备的温度可(kě)能(néng)过高。

高差分(fēn)，但仅限于低電(diàn)流。这也是一个效率和散热问题；在过高的電(diàn)流下，您也会散发过多(duō)的热量。

如果您在这些限制之外运行 LDO，则可(kě)能(néng)会导致设备过热直至出现故障，或者可(kě)能(néng)会超出规定范围。在这种情况下，请使用(yòng)降压转换器，特别是当您在高输入输出差分(fēn)下工作时。

对于速度更快的数字处理(lǐ)器，例如速度更快的 MSP430 或 STM32 变體(tǐ)之一，如果不使用(yòng)電(diàn)源层，则会出现電(diàn)源完整性问题，导致電(diàn)源轨上出现超过 100 mV 的電(diàn)压波动。但是，这些波动通常足够小(xiǎo)，不会使 LDO 失去调节。如果您在不同的電(diàn)路块中有(yǒu)多(duō)个数字 IC 都消耗大電(diàn)流，这可(kě)能(néng)会改变，在这种情况下，您应该将组件并联到不同的阶段。

模拟電(diàn)路

如果您需要為(wèi)模拟電(diàn)路供電(diàn)，LDO 也很(hěn)有(yǒu)用(yòng)，因為(wèi)该器件具有(yǒu)低噪声输出。我在 DC 和模拟電(diàn)路中使用(yòng)了功率高达几 W 的 LDO，但是这需要在封装中添加一个散热器来散热，因為(wèi)高電(diàn)流和差分(fēn)。模拟具有(yǒu)挑战性，因為(wèi)这些電(diàn)路对噪声敏感，因此 LDO 将是首选，因為(wèi)这些组件的输出功率噪声抑制通常超过 50-60 dB。如果您需要从直流電(diàn)源获得更高功率的模拟電(diàn)路（这并不常见），则最好使用(yòng)降压稳压器。这是我们想考虑射频電(diàn)源设计中使用(yòng)的一些策略的地方。

射频電(diàn)路和组件

放大器等 RF 系统可(kě)以使用(yòng) LDO 供電(diàn)，但效率和发热问题应该是您开始考虑设计的地方。对于低功率系统，例如支持 WiFi 的模块（例如，ESP32或 SimpleLink），LDO 很(hěn)好，因為(wèi)您通常不会以过高的功率运行。如果您无法解决发热问题或调制信号需要高功率，则需要使用(yòng)降压转换器。

以相对低输出功率运行的 WiFi 模块可(kě)以使用(yòng)小(xiǎo)型 LDO。

使用(yòng)直流降压转换器构建射频系统可(kě)能(néng)具有(yǒu)挑战性。主要的挑战是噪声，尽管许多(duō) RF IC（例如带有(yǒu)集成无線(xiàn)電(diàn)的 MCU）都具有(yǒu)提供调节的片上 LDO，因此您的工作只是為(wèi)電(diàn)源引脚提供无噪声電(diàn)源。您可(kě)以使用(yòng)更大的電(diàn)容器和電(diàn)感器在输出上使用(yòng)无源滤波，以帮助稳定直流输出。

如果您需要在获取调制信号的同时在高功率和高频率下运行，请知道这是一个更高级的主题，需要自己的文(wén)章。我将在即将发布的博客中讨论这个问题。

从台式電(diàn)源切换到真正的電(diàn)路板

如果您使用(yòng)的是稳压台式電(diàn)源并且直接插入模块或开发板，则无需担心这一点。台式電(diàn)源设计专门设计為(wèi)多(duō)功能(néng)，并通过各种技术（多(duō)相操作、更高的 PWM 频率、更快的边沿速率 PWM、大型铁氧體(tǐ)等）提供低开关噪声。但是，当您准备好从原型过渡并构建定制電(diàn)路板时，您将需要工具来帮助您构建電(diàn)源调节原理(lǐ)图并為(wèi)您的電(diàn)路创建 PCB 布局。