盡管我們想要，但我們?yōu)殡娮赢a(chǎn)品提供的電力并不總是穩(wěn)定的。實(shí)際電源包含噪聲，它們可能表現(xiàn)出功率不穩(wěn)定，或者它們意外掉線。值得慶幸的是，我們有功率調(diào)節(jié)器來幫助防止其中一些問題。

對于低功耗設(shè)備，我們通常看到兩種類型的功率穩(wěn)壓器：線性穩(wěn)壓器（有時(shí)稱為低壓差穩(wěn)壓器或LDO）或開關(guān)穩(wěn)壓器。您可以在電源總線的不同點(diǎn)混合和匹配這些器件，但仍需在設(shè)計(jì)中選擇是否使用LDO還是開關(guān)穩(wěn)壓器。

如果您曾經(jīng)想過這些決定是如何做出的以及何時(shí)使用每種類型的穩(wěn)壓器，只需知道這個(gè)決定不僅僅是查看輸入/輸出電壓/電流。繼續(xù)閱讀以了解有關(guān)為您的低功耗設(shè)計(jì)選擇線性穩(wěn)壓器與開關(guān)穩(wěn)壓器的更多信息。由于我們對此博客上的PCB布局感興趣，因此我將簡要討論布局中需要做些什么來支持LDO或開關(guān)穩(wěn)壓IC。

線性穩(wěn)壓器與開關(guān)穩(wěn)壓器比較

在使用這些類型的電源穩(wěn)壓IC進(jìn)行元件排列和布局之前，最好先提醒一下這些電路的工作原理。LDO是一種降壓線性DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器，因此與降壓轉(zhuǎn)換器相比，它是最好的。還有使用晶體管的電阻線性穩(wěn)壓器，或串聯(lián)和并聯(lián)穩(wěn)壓IC，但我暫時(shí)不考慮這些，因?yàn)樗鼈儾唤?jīng)常用于PCB的電源總線。

低壓差穩(wěn)壓器（LDO）

LDO是基于運(yùn)算放大器的線性穩(wěn)壓器。該電路的工作原理是比較反饋環(huán)路內(nèi)的穩(wěn)壓器輸出和基準(zhǔn)電壓（具有~1.25 V輸出的硅帶隙基準(zhǔn)電壓源）。基本拓?fù)淙缦滤尽Ｕ堊⒁猓藞D中使用了NPN晶體管，但您通常會(huì)在實(shí)際電路中找到MOSFET。

發(fā)光二極管電路圖

LDO中的凈空

低壓差穩(wěn)壓IC具有一定的“裕量”，也稱為壓差電壓，即高于標(biāo)稱輸出的小電壓，用于確定元件是否導(dǎo)通。只要V（輸入）-V（輸出）>裕量，則元件將給出標(biāo)稱輸出電壓。分壓器用于降低輸入電壓，以便運(yùn)算放大器可以將其與基準(zhǔn)電壓（V-Ref）進(jìn)行比較。除非您從分立元件構(gòu)建LDO，否則您無需擔(dān)心設(shè)置運(yùn)算放大器電路和選擇R1 / R2;這些都集成到組件中。

最后，C1和C2是濾波電容，分別用于清理輸入和輸出端的電壓。這些值不會(huì)影響裕量，盡管它們有助于抑制輸入和輸出上的噪聲。運(yùn)算放大器將穩(wěn)壓器的輸出設(shè)置為所需電平，只要輸入電壓高于穩(wěn)壓器的裕量。

降壓轉(zhuǎn)換器

如上所述，LDO與降壓轉(zhuǎn)換器相比是最好的，因?yàn)樗鼈兌际墙祲涸Ｈ魏伍_關(guān)轉(zhuǎn)換器的目標(biāo)都很簡單：通過調(diào)制通過開關(guān)元件傳送到負(fù)載的電流和電壓，產(chǎn)生穩(wěn)定但可調(diào)的輸出電壓。這通常是由PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET，盡管像諧振LLC轉(zhuǎn)換器這樣更大的穩(wěn)壓器可以使用多個(gè)MOSFET并聯(lián)以提供高電流輸出。在任何情況下，所有降壓穩(wěn)壓器都會(huì)抑制輸入電壓的低頻變化，但由于MOSFET的開關(guān)作用，輸出會(huì)產(chǎn)生一些高頻噪聲，這在仿真中可以清楚地看到。

LDO與降壓轉(zhuǎn)換器比較

那么，您何時(shí)應(yīng)該使用這些調(diào)節(jié)器呢？它們在清理噪聲的同時(shí)都將直流電壓降壓到有用的水平，那么它們不應(yīng)該是可互換的嗎？實(shí)際上，它們有時(shí)是可互換的，但這取決于您需要的功率水平和電源的特性。下表總結(jié)了每種類型的電路的一些不同方面及其優(yōu)點(diǎn)。

這個(gè)表格中有很多事情要做，但我會(huì)盡我所能在這里總結(jié)幾點(diǎn)

1. LDO是開關(guān)穩(wěn)壓器的低噪聲替代品。它們更易于布局，并且往往成本更低。
2. LDO有時(shí)用于開關(guān)穩(wěn)壓器的下游，以進(jìn)一步將電壓降壓到低電平。事實(shí)上，一些開關(guān)穩(wěn)壓器元件在輸出端包括一個(gè)LDO;有關(guān)示例
3. 開關(guān)穩(wěn)壓器可以提供非常精確的電壓控制，只需要調(diào)整PWM驅(qū)動(dòng)頻率。在LDO穩(wěn)壓IC中，控制是無源的。

用于LDO和開關(guān)穩(wěn)壓器的PCB布局

這是一個(gè)相當(dāng)深入的主題，因?yàn)镻CB布局部分可以專注于穩(wěn)壓器電路，電源總線和下游負(fù)載。我更喜歡遵循兩個(gè)準(zhǔn)則：

注意支持所需電流所需的走線寬度，保持較低的IR壓降，并將溫度保持在安全范圍內(nèi)。不要害怕在高電流下工作時(shí)使用多邊形澆注。
保持較小的環(huán)路電感。這意味著要使元件彼此靠近，并在PCB中跟蹤返回路徑，以確保您不會(huì)產(chǎn)生EMI問題。
下圖應(yīng)該說明我的意思。此布局適用于工作頻率為3MHz的開關(guān)穩(wěn)壓器。您會(huì)注意到，關(guān)鍵部分，即由L2和過濾器蓋創(chuàng)建的環(huán)路，具有返回附近地面澆注的緊密圓形回流路徑。這有助于確保低輻射EMI發(fā)射和接收。同樣的原則也適用于LDO，盡管在這種情況下，由于沒有開關(guān)，我們更擔(dān)心EMI的接收。

開關(guān)穩(wěn)壓器的PCB布局示例。這些原則也適用于LDO

您經(jīng)常會(huì)在LDO或開關(guān)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用說明中看到布局示例。小心這些;它們可能只是處理電流，但其布局中可能潛伏著EMI問題。應(yīng)用筆記中的這些EMI問題通常源于返回路徑定義不清或未能創(chuàng)建具有低環(huán)路電感的緊湊布局。

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