LDO线性稳压器与开关电源的原理-编程知识

线性稳压器LDO典型代表：LM7805 ,AMS1117，还有一下性能比较好的LDO：

开关稳压器典型代表：LM2596，MP1584,TPS5430，MP2315S

LDO靠发热分散能量，纹波较小一般在30mv以下；DCDC通过开关开断转换，能量是不连续的但是转化效率高；LDO的静态功耗比较小因此在低功耗的场景中用的比较多；LDO的外围电路器件比较少，电磁干扰基本无需考虑但对于LDO的散热问题需要格外注意最简单只需输入输出电容即可。

电源电路PCB设计规范：通顺，防干扰（反馈电路注意要与电感远离防止干扰）

LDO的内部工作原理介绍：

电路的输出电压为5V时其余7V施加到了三极管身上，三极管的输出电流约等于β输入电流，此时三极管工作在线性放大区，因而电路叫做线性稳压器。

比较器的正端连接到稳压二极管，负端连接到电路的输出端。参考电压为3.3V,当输出电压大于5V时Vs > 3.3V,此时比较器把差值传递给两个检测电阻从而使得输出电压变化。

实际的 LDO早已经将上述的封装到一个芯片内部。

LDO的核心器件主要包括差分放大器和功率晶体管。差分放大器用于控制功率晶体管的导通和截断，通过调整功率晶体管的开启程度来控制输出电压的稳定性。当输入电压高于输出电压时，差分放大器将关闭功率晶体管，以防止输出电压过高。当输入电压接近输出电压时，差分放大器打开功率晶体管，以保持输出电压稳定。此外，LDO还由放大器、反馈电阻等部分组成。通过R1和R2电阻对Vout输出电压进行分压采样，然后和LDO内部的参考电压Vref进行比较，差值经过放大器放大后控制驱动VT。当Vout减小时，电阻分压采样值和Vref的差值变大，放大器的输出电压变大，使VT压降变小。当Vout增加时，电阻分压采样值和Vref的差值变小，放大器的输出电压变小，使VT压降变大。通过上述方式，使Vout稳定维持在设定值。

自举升压电路是一种利用自举升压二极管、自举升压电容等电子元件的电路，通过电容放电电压和电源电压的叠加，使电压升高。这种电路通常用于甲乙类单电源互补对称电路中，能够提供高于电源电压的电压，以满足电路的需要。

LDO功耗计算涉及到以下几个因素：

静态电流（IQ）：这是LDO在正常工作条件下不进行电压调节时的电流消耗。

输入电压（VIN）：这是给LDO供电的电压。

输出电压（VOUT）：这是LDO调节后的输出电压。

转换效率（η）：这是LDO将输入电压转换为输出电压的效率。

根据这些因素，可以采用以下公式计算LDO的功耗：

PD=(VIN-VOUT)xIOUT+(VINxIQ) 其中 PD 为总功耗，IOUT 为负载电流。当 LDO 完全运行时，这个公式能提供有效的计算。

开关电源：

常见的DC/DC拓扑结构有六种基本类型，分别是Buck（降压型）、Boost（升压型）、Buck-Boost（升降压型）、Cuk、Zeta和Sepic变换器。此外，还有半桥变换器，这是一种双端变换器，开关管电压应力为输入电压。由于另外一个桥臂上的电容，具有抗偏磁能力，对于半桥变换器，通常还会加隔直电容来提高抗偏磁能力。但是如果采用峰值电流控制，可能会导致电容安秒不平衡的问题，需要其他方法来解决。

Buck电路的核心器件主要包括开关管、电感、续流二极管和滤波电容。其中，开关管负责控制电源的降压，电感用于储存能量，续流二极管用于在开关管关闭时为电感提供续流通道，而滤波电容则用于滤除输出电压中的纹波。

异步Buck和同步Buck电路是DC-DC转换器中的两种基本形式（很关键），有以下不同点：工作原理：异步Buck电路通过控制开关管的通断来调节输出电压，开关管快速通断，使得输出电压保持稳定。而同步Buck电路则是通过控制开关管和整流管的通断来调节输出电压，通过改变开关管和整流管的导通时间来调整输出电压的大小。电路复杂性：异步Buck电路相对于同步Buck电路来说，电路比较简单，因为不需要使用同步控制电路。但是同步Buck电路则需要使用同步控制电路，以控制开关管和整流管的通断时间。输出电压的调节范围：异步Buck电路的输出电压调节范围较小，通常只能在几百毫伏到几伏之间调节。而同步Buck电路的输出电压调节范围较大，可以从几百毫伏到几十伏之间调节。效率：异步Buck电路的效率相对较低，因为开关管和整流管都有一定的损耗。而同步Buck电路的效率较高，因为开关管和整流管的损耗较小。

BUCK电路的占空比计算公式为：D=Vout/Vin，其中D为占空比，Vout为输出电压，Vin为输入电压。这个公式可以理解为，在BUCK电路中，输出电压与输入电压的比值就是占空比。

Buck电路中的保护电路包括过电流保护电路和过电压保护电路。过电流保护电路主要用于防止电路中的电流过大，以保护电路不受损坏。通常通过检测电路中的电流来实现过电流保护。当检测到的电流超过设定的阈值时，保护电路会触发，将电路关闭或降低其输出。过电压保护电路主要用于防止电路中的电压过高，以保护电路不受损坏。通常通过检测电路中的电压来实现过电压保护。当检测到的电压超过设定的阈值时，保护电路会触发，将电路关闭或降低其输出。此外，Buck电路中还有其他保护功能，如短路保护和欠压保护。短路保护用于在电路发生短路时及时关闭电路或降低其输出，以避免造成严重后果；欠压保护用于在输入电压过低时关闭电路或降低其输出，以避免造成不稳定的输出电压。

在异步Buck和同步Buck电路设计时，需要考虑以下器件参数：

开关管和整流管的电压、电流容量。根据电路的负载电流和电压来选择合适的开关管和整流管，以确保它们能够承受电路中的电压和电流。开关管的开关速度。开关速度会影响到Buck电路的转换效率，较高的开关速度可以提高效率。因此，需要选择具有较高开关速度的开关管。整流管的反向恢复时间。对于同步Buck电路，整流管的反向恢复时间会影响到电路的效率。较短的恢复时间可以降低能量损失，提高电路效率。电阻和电容的值。在Buck电路中，电阻和电容的取值会影响到输出电压的精度、纹波和响应速度等性能指标。需要根据电路要求进行合理选择。热性能。由于Buck电路中的开关管和整流管在工作时会发热，需要考虑它们的散热性能，以确保电路的正常运行。总的来说，异步Buck和同步Buck电路设计时需要考虑的器件参数主要包括电压、电流容量、开关速度、反向恢复时间、电阻和电容的值以及热性能等。这些参数的选择对于电路的性能和可靠性至关重要，需要根据实际的应用需求进行合理选择。

电容两端电压不能突变,下图失真真的很常见:

解决方法：在电容前面加上电阻或者是电感，电感的电流不能突变正好抑制了电容所带来的影响。加入电感后电源的输出确实变为了三角波，但电感的电流不能突变因此需要引入二极管作为电感续流，又叫做续流二极管。二级管的续流作用通过MOS开关断开时与负载形成回路实现。二极管也有压降意味着二极管也会有功损耗消耗能量。所以此处二极管用MOS管平替的话是一种减小损耗的方案，这种方案也叫同步整流电路，用二级管的电路叫做同步整流电路。可以用MOS管搭建这种电路进行实验，模拟降压效果。

开关电源的同步整流芯片分为两类：一种是面向电流小于5A的电流，这种内部集成MOS，叫做converter转换器;另一种是面向大电流场景，需要用户自己外置MOS（MOS发热比较严重），叫做controler。一般采用converter芯片叫做控制器，外围电路比较简单。这样开关电源电路就变成了这样简单：

静态电流是指输出电流为0时候芯片本身消耗的电流，在低功耗场景中非常重要。除此之外开关频率也很重要。芯片的外围电路一把数据手册直接给出来了，直接照抄即可。在以上电路中电感的感值一定范围内越大输出纹波越小（计算公式参考手册），除此之外流过电感的电流要小于电感的饱和电流（随着电感上电流增加电感的感值减小，人为电感失效的电流成为电感的饱和电流）输入电容越大越好，输出电容越大纹波越小，也不能太大。