在做硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候呢，我們經(jīng)常會需要把12V電源轉(zhuǎn)換成5V電源來使用，或者把5V電源轉(zhuǎn)換成3.3V來使用。這個(gè)時(shí)候我們就需要用到電壓轉(zhuǎn)換芯片了。那在之前的文章里，我也有給大家簡單的介紹過一種電壓轉(zhuǎn)換芯片，也就是低壓差線性穩(wěn)壓器，英文簡稱LDO，它的應(yīng)用非常的廣泛。只要你接觸過硬件電路，那么肯定直接或者間接的使用過它。它最大的問題就是在高壓差大電流的情況下，很容易發(fā)燙。

其實(shí)除了LDO之外，還有一種效率更高的電壓轉(zhuǎn)換方式，發(fā)熱也更低，這就是開關(guān)穩(wěn)壓器，英文簡稱DCDC，那一般會是這個(gè)樣子的。相對來說，電路上會復(fù)雜一些，那最明顯的特征呢是在它的電路里面有一顆電感。那么今天我們就來詳細(xì)的聊一聊LDO和DCDC它各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及在設(shè)計(jì)中你應(yīng)該選擇哪一種作為自己的電壓轉(zhuǎn)換方案。

首先呢我們還是先簡單的介紹一下兩種芯片的這個(gè)原理。對于LDO來說，它的內(nèi)部我們可以看成是由一個(gè)小人，一個(gè)可調(diào)電阻，一個(gè)電壓表所組成的。那這個(gè)小人他時(shí)時(shí)刻刻都在觀察這個(gè)輸出的電壓值。當(dāng)輸出的電壓高于5V的時(shí)候呢，小人就會增加可調(diào)電阻的值。而輸出電壓低于5V的時(shí)候呢，小人就會減小可調(diào)電阻的值，通過不停的調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的值，就可以保證輸出電壓的恒定了。那這種方式最大的缺點(diǎn)就是多余的7V電壓其實(shí)是被這個(gè)可調(diào)電阻消耗掉的，因此可調(diào)電阻的發(fā)熱有可能會很大，而且總體的轉(zhuǎn)換效率也會很低。那在DCDC的內(nèi)部，我們也可以看成是有一個(gè)小人，一個(gè)電壓表，只是說把這個(gè)可調(diào)電阻換成了一個(gè)開關(guān)，此時(shí)這個(gè)小人就會做兩件事情。第一件事情他會周期性的開關(guān)，這個(gè)開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)PWM波。第二件事情呢仍舊是不停的去看這個(gè)電壓表。當(dāng)他發(fā)現(xiàn)輸出高于5V的時(shí)候，他就會讓這個(gè)開關(guān)斷開的時(shí)間稍微長一點(diǎn)，也就是PWM波低電平的時(shí)間會長一點(diǎn)。那當(dāng)他發(fā)現(xiàn)這個(gè)輸出電壓低于5V的時(shí)候呢，就會讓這個(gè)開關(guān)閉合的時(shí)間長一點(diǎn)。也就是PWM波高電平的時(shí)間長一點(diǎn)，這樣子的話就可以讓輸出電壓穩(wěn)定在5V了。這種情況下呢，多余的7V電壓其實(shí)是被這個(gè)開關(guān)攔截掉了，芯片本身就不需要去承擔(dān)這個(gè)多余的電壓，所以發(fā)熱會小的很多。到這里呢DCDC 和LDO的各自優(yōu)缺點(diǎn)基本上就看出來了。

我們可以從以下幾個(gè)維度去評價(jià)一下：第一個(gè)是輸出的功率線性穩(wěn)壓器，它并不適合輸入輸出高壓差大電流的場景。因?yàn)槿绻�這樣的話，會導(dǎo)致芯片本身的發(fā)熱很嚴(yán)重，但是DCDC就沒有這樣的限制。所以高壓差大電流選擇DCDC低壓差小電流的話可以考慮LDO。

第二個(gè)考慮的維度是輸出電壓的平穩(wěn)度，也就是電源的紋波。那對于一個(gè)電源的輸出，我們當(dāng)然希望它輸出越平穩(wěn)越好。像這樣波濤洶涌的輸出顯然是不太合適的。

那么DCDC因?yàn)橹芷谛缘拈_關(guān)，所以多多少少會影響輸出的平穩(wěn)度，紋波就會稍微大一些。而LDO的輸出就非常平穩(wěn)，紋波會很小，所以這一點(diǎn)上LDO會更好。

第三個(gè)是效率。DCDC目前的效率基本上都在百分之八十以上，好的，可以達(dá)到百分之九十五，那怎么理解呢？比如說你需要一個(gè)5V2A的輸出，也就是輸出功率是10W。如果你使用DCDC方案的話，你只需要使用一個(gè)12V1A的輸入電源就可以了，這樣的話輸入的電流會遠(yuǎn)小于輸出的電流。

對于LDO來說呢，效率基本上就等于輸出電壓除以輸入電壓乘以百分之一百，所以這個(gè)壓差越大，效率就越低，還是以12V轉(zhuǎn)5V為例，它的效率基本上連42%都不到。所以你需要讓LDO 輸出2A的話，那么就至少需要選一個(gè)12V2A的輸入電源顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如DCDC來的劃算。

下一個(gè)考慮的維度是溫度，這個(gè)從效率上就可以看出來了。效率之外的部分全部都是用來發(fā)熱的，所以LDO的發(fā)熱要比DCDC大的多的多。

第五個(gè)維度是成本的考慮。DCDC因?yàn)楣に囅鄬��?fù)雜，而且外圍需要更多的元器件來配合它使用，所以總體的成本要比LDO的方案要高一些。

第六個(gè)維度是易用性的角度。LDO的話因?yàn)槠占暗臅r(shí)間比較久了，甚至連教科書上都有關(guān)于他的講解。而且LDO的外圍元件比較少。

最簡單的情況下呢，只需要一個(gè)輸入電容加一個(gè)輸出電容就可以使用了。而開關(guān)電源外圍元器件就比較多，而且因?yàn)闀�產(chǎn)生PWM波，所以p c b 布線要考慮的因素會更多。這一點(diǎn)上LDO就占優(yōu)勢了。

最后一點(diǎn)是靜態(tài)功耗，即便是在沒有任何負(fù)載的情況下，這些電源芯片本身它也會消耗一些功耗，稱之為靜態(tài)功耗。當(dāng)然靜態(tài)功耗一般都很小，大部分場景下我們可以忽略。但是有一些場景需要低功耗，比如說智能手表需要很長時(shí)間的待機(jī)，那么就需要考慮靜態(tài)功耗這個(gè)因素了。一般來說，LDO比較容易把靜態(tài)功耗做的很低，可以小于10uA甚至更低。那10uA是什么個(gè)概念呢？即便是用一個(gè)500mAh的小電池來供電，它也可以使用5.7年。所以很多的低功率場景我們都會使用LDO。那以上就是我總結(jié)的DCDC和LDO的一些區(qū)別了。我們可以看到它們幾乎就是DC補(bǔ)的關(guān)系。LDO的優(yōu)點(diǎn)就是DCDC的缺點(diǎn)，LDO的缺點(diǎn)就是DCDC的優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)然，大部分情況下，這些因素并不需要全部去考慮，因?yàn)椴皇撬�有的�?xiàng)目都需要考慮這些因素的。看到這里的話，我相信你今后選擇電源方案的時(shí)候，應(yīng)該有一些概念了吧。