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用于 DC、AC 和 RF 的降壓轉換器穩壓器與 LDO：哪個最好？
用于 DC、AC 和 RF 的降壓轉換器穩壓器與 LDO：哪個最好？
這似乎是一個總是陷入困境的基本問題：什么時候應該使用 LDO 與降壓穩壓器？與開關轉換器相比，選擇 LDO 的一些重要方面是被供電組件的類型、從穩壓器汲取的總電流以及這些組件可以承受的熱量。
我研究了一些限制 LDO 效率的因素，即由于組件的結構以及它如何響應高于其壓差水平的高輸入電壓。對于降壓轉換器，這不是一個問題，但現在開關元件中的開/關調制率成為需要考慮的重點。這些是與 MOSFET 結構相關的復雜問題，因此最好不要停留在這個話題上。相反，我們想看看您希望選擇降壓轉換器還是 LDO 作為功率調節策略中的最終輸出級的某些情況。
降壓轉換器與 LDO 的簡要比較
如果您正在考慮對系統的某些部分使用降壓轉換器還是 LDO，或者為整個電路板供電，您應該考慮需要供電的組件類型以及它們應該消耗多少功率。以下是選擇穩壓器組件和設計電路時要考慮的要點：
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我愿意 |
降壓轉換器 |
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降壓機制 |
電阻（隨著熱量下降） |
反應式 |
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效率 |
隨輸入差分而變化 |
通常高于 85% |
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發熱 |
在高輸出電流時變大 |
主要在高電流下的 MOSFET |
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噪音 |
非常低 |
可以很高，取決于輸出電感和 PWM 頻率 |
穩壓器電路的這些方面中的每一個在不同類型的電路中都起著重要作用。為了更清楚地說明這些差異，讓我們看一下三個典型系統：DC、AC（全模擬）和 RF。
直流電路
只要您需要調節的輸入電壓接近穩壓器所需的輸出電壓，直流工作就非常容易。如果您在 DC 下工作，或使用數字電路在名義上在 DC 下工作，出于多種原因，LDO 通常是您的最佳選擇，但前提是您在低電流下工作，或者在壓差電壓以上的電壓差最小。有兩種情況最適合使用 LDO：
在一定電流范圍內的低差分。在最壞的情況下，當您在高電流下工作時，會產生大量熱量，并且設備的溫度可能過高。
高差分，但僅限于低電流。這也是一個效率和散熱問題；在過高的電流下，您也會散發過多的熱量。
如果您在這些限制之外運行 LDO，則可能會導致設備過熱直至出現故障，或者可能會超出規定范圍。在這種情況下，請使用降壓轉換器，特別是當您在高輸入輸出差分下工作時。
對于速度更快的數字處理器，例如速度更快的 MSP430 或 STM32 變體之一，如果不使用電源層，則會出現電源完整性問題，導致電源軌上出現超過 100 mV 的電壓波動。但是，這些波動通常足夠小，不會使 LDO 失去調節。如果您在不同的電路塊中有多個數字 IC 都消耗大電流，這可能會改變，在這種情況下，您應該將組件并聯到不同的階段。
模擬電路
如果您需要為模擬電路供電，LDO 也很有用，因為該器件具有低噪聲輸出。我在 DC 和模擬電路中使用了功率高達幾 W 的 LDO，但是這需要在封裝中添加一個散熱器來散熱，因為高電流和差分。模擬具有挑戰性，因為這些電路對噪聲敏感，因此 LDO 將是首選，因為這些組件的輸出功率噪聲抑制通常超過 50-60 dB。如果您需要從直流電源獲得更高功率的模擬電路（這并不常見），則最好使用降壓穩壓器。這是我們想考慮射頻電源設計中使用的一些策略的地方。
射頻電路和組件
放大器等 RF 系統可以使用 LDO 供電，但效率和發熱問題應該是您開始考慮設計的地方。對于低功率系統，例如支持 WiFi 的模塊（例如，ESP32或 SimpleLink），LDO 很好，因為您通常不會以過高的功率運行。如果您無法解決發熱問題或調制信號需要高功率，則需要使用降壓轉換器。
以相對低輸出功率運行的 WiFi 模塊可以使用小型 LDO。
使用直流降壓轉換器構建射頻系統可能具有挑戰性。主要的挑戰是噪聲，盡管許多 RF IC（例如帶有集成無線電的 MCU）都具有提供調節的片上 LDO，因此您的工作只是為電源引腳提供無噪聲電源。您可以使用更大的電容器和電感器在輸出上使用無源濾波，以幫助穩定直流輸出。
如果您需要在獲取調制信號的同時在高功率和高頻率下運行，請知道這是一個更高級的主題，需要自己的文章。我將在即將發布的博客中討論這個問題。
從臺式電源切換到真正的電路板
如果您使用的是穩壓臺式電源并且直接插入模塊或開發板，則無需擔心這一點。臺式電源設計專門設計為多功能，并通過各種技術（多相操作、更高的 PWM 頻率、更快的邊沿速率 PWM、大型鐵氧體等）提供低開關噪聲。但是，當您準備好從原型過渡并構建定制電路板時，您將需要工具來幫助您構建電源調節原理圖并為您的電路創建 PCB 布局。