[讨论] 南华大学黄智伟系列——选择LDO和DC-DC开关型稳压器电路可以提高电源效率

在一个有严格功耗要求的系统中，供电电源的设计不能够采用简单的方式来完成，必须对所采用电源电路结构仔细考虑。

1.线性稳压电路

线性稳压电路（包含LDO）其特点是电路结构简单，所需元件数量少，输入和输出压差可以很大，但其致命弱点就是效率低，功耗高。当负载电流恒定时，其效率η取决于输入/输出电压差的大小。从线性稳压器LM78xx的输出电流与输入输出电压差的关系可以看到，输出电流不变，输入输出电压差越大，效率η越低。

从线性稳压器LM78xx的输出电流与输入输出电压差的关系可以看到，输入/输出压差越大，可提供的最大输出电流越小。假设采用LM7805，输入电压为12V，输出电压为5V，输入/输出压差为7V，在输出的电流为1A的情况下，可以计算出消耗在线性稳压器LM7805上的功率为P=ΔV´IOUT=7´1=7W，效率仅为η＝5×1/(5´1+7´1)=41.7%，可以看出，有一大半功率消耗在LM7805芯片上。

在需要线性稳压电路的情况下，可以采用LDO (Low DropOut regulator，低压差线性稳压器)， LDO具有较低的静态电流和压差，主要用于压差较小的场合，但其本质上还是一种线性稳压。

例如，TI公司的超低功耗、LDO线性稳压器TPS769xx系列，静态电流为17μA，输出电流100mA，输入输出电压差典型值为71 mV（在输出电流为100 mA时），固定输出电压为1.2V, 1.5V, 1.8V, 2.5V, 2.7V, 2.8V, 3.0V, 3.3V, 5V。TPS769xx系列的输出电压也可以调节，如TPS76901。

例如，National Semiconductor的LM2940/LM2940C LDO的 VO + 2V ≤ VIN ≤ 26V ，输出电流为1A。假设采用LM2940，输入电压为7V，输出电压为5V，输入/输出压差为2V，在输出的电流为1A的情况下，可以计算出消耗在线性稳压器LM2940上的功率为P=ΔV´IOUT=2´1=2W，效率为η＝5×1/(5´1+2´1)=71%，可以看出，功率消耗比所有LM7805芯片高约30%。

2. DC- DC电路

DC- DC电路的特点是效率高，升降压灵活，但电路相对复杂，存在较大干扰。一般常见的电路结构有Boost和Buck两种，Boost用于升压，Buck用于降压。

Boost和Buck电路都是通过MOS管开关来控制电感和电容间的能量转换。调节MOS管栅极脉冲信号的占空比，可以控制MOS管的导通和关闭，从而改变输出电压的高低。

例如，LM2596系列稳压器是降压开关型稳压器，具有3.3V，5V，12V固定电压输出，和一个可调节输出型号，可驱动3A的负载。LM2596的转换效率可以查看产品数据手册。从产品数据手册可见，当输入为12V，输出为5V时，转换效率约为82％，是线性稳压器转换效率的一倍。LM2596的开关频率为固定的130kHz，如果提升器件的开关频率，如采用NS的LM2676时(开关频率为260kHz)，在同样的应用条件下，效率可达88％以上。

由此可见，使用DC-DC开关型稳压器电路，可以有效地降低系统功耗。

选择具有使能端的芯片可以利用微处理器进行关断控制，有利于分区/分时支路功耗的管理。例如，凌力尔特公司的DC-DC芯片LTC3417具有高达95 %的效率和低于1 μA 的静态电流。