LDO和DCDC如何选择
设计电源的时候是不是凭经验,小电流选LDO,大电流选DCDC。
看似合理,但很多板子的发热、噪声超标、ADC跳码、甚至偶发死机。
先来看一个问题:5V转3.3V,输出500mA,选LDO还是DCDC?很多人的第一反应,当然是DCDC,因为效率高。这个答案不算错,但只看效率,就已经掉进坑里了。
电源选型要看5件事:功耗、噪声、瞬态、PSRR、面积和成本。
第一,先算功耗
LDO本质可以理解成一个可调电阻,效率约等于Vout/Vin,5V转3.3V,理论效率越66%,剩下的都变成了热,输出500mA时,损耗就是(5-3.3)*0.5=0.85W,0.85W放进SOT-23这类小封装上,温升可能非常的夸张,轻则烫手、重则热保护,所以大压差、大电流场景,LDO必须先算热,不能够凭感觉。
第二,看噪声
DCDC的效率高,是因为它靠高速的开关工作。但开关动作一定会带来纹波,高频尖峰和EMI,给MCU、逻辑芯片、LED供电,通常问题不大,但如果直接给ADC\DAC、PLL、VCO射频前端、低噪声放大器供电,电源的噪声可能直接就把动态范围、相噪、灵敏度给打崩。LDO的优势就在这里,输出更加的干净,所以敏感模拟电源轨,优先考虑低噪声LDO,或者采用DCDC前级降压,LDO后级净化的级联架构。
第三,看瞬态响应
CPU、FPGA、无线模块这类负载,电流会快速地跳变,电源响应跟不上,输出的电压就会下跌或过冲,严重时系统复位。不能简单说LDO一定比DCDC快,关键要看数据手册里的负载瞬态曲线,输出电容要求和环路稳定性。
第四,看PSRR
也就是电源抑制比,很多人选LDO,只看输出电流和压差,却忽略了PSRR,LDO不仅稳压,还能抑制前级的噪声,但PSRR随频率变化,低频可能很好,到了几百KHZ,甚至MHZ就会下降,而这恰恰可能是DCDC的开关频率。所以选LDO时一定要看PSRR曲线,看目标频率点。
第五,看面积和成本
LDO外围简单,通常只要输入和输出电容,DCDC还需要电感、反馈电阻,更多电容,有时还要补偿和EMI处理,效率要高,但PCB面积、BOM成本布局难度都会上升,空间紧、成本敏感、小电流的产品,LDO反而更合适。
以后选LDO还是DCDC,就按这三步走,
第一步先算热,
Ploss=(Vin-Vout)*Iout
如果功耗超过封装能够承受的范围,LDO直接淘汰。比如12V转1.2V,输出1A,LDO要烧掉10.8W,这种方案不是稳压,是烤板。
第二步,看负载是不是敏感
LED、小型数字模块,DCDC通常没有问题,如果是ADC、DAC、PLL、VCO,射频前端、音频电路、模拟传感器,就要优先考虑LDO,或者采用DCDC预降压+LDO二次稳压。
第三步,看空间、成本和效率
总结成一句话,大电流、大压差、重效率,就优先考虑DCDC;小电流、小压差、低噪声、低成本,优先用LDO。既要效率又要低噪声,就用DCDC+LDO。
