在電子電路的設(shè)計過程中，電源芯片的選擇至關(guān)重要，它直接影響著整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。2025 年 8 月 18 日，11 點 28 分，相關(guān)技術(shù)人員對 LDO 與 DCDC 電源芯片進(jìn)行了深入的對比與分析，以幫助工程師們在設(shè)計時做出更合適的選擇。
在硬件設(shè)計中，我們常常會遇到將 12V 電源降至 5V，或 5V 電源降至 3.3V 的需求，這時電壓轉(zhuǎn)換芯片就發(fā)揮了關(guān)鍵作用。低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）是一種常見的電壓轉(zhuǎn)換芯片，應(yīng)用十分廣泛。它的工作原理相對簡單，就像一個 “智能調(diào)節(jié)器”，能在一定范圍內(nèi)穩(wěn)定輸出電壓。然而，在高壓差大電流的環(huán)境下，LDO 容易發(fā)熱，這是其明顯的不足之處。這是因為在高壓差時，多余的電壓會在芯片內(nèi)部以熱能的形式消耗掉，不僅浪費了能量，還可能影響芯片的使用壽命。
其實，還有一種效率更高、發(fā)熱更低的電壓轉(zhuǎn)換方式 —— 開關(guān)穩(wěn)壓器（DCDC）。與 LDO 相比，DCDC 的電路設(shè)計更為復(fù)雜，其顯著特征是內(nèi)置了一顆電感。電感在 DCDC 電路中起著能量存儲和轉(zhuǎn)換的重要作用，通過周期性的開關(guān)動作，實現(xiàn)高效的電壓轉(zhuǎn)換。接下來，我們將深入探討 LDO 和 DCDC 各自的優(yōu)缺點，并分析在設(shè)計時應(yīng)如何選擇合適的電壓轉(zhuǎn)換方案。
在硬件設(shè)計中，常用 LDO 和 DCDC 進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，它們各有優(yōu)劣。LDO 在低壓差小電流場景更適用，而 DCDC 在高壓差大電流場景表現(xiàn)更佳。
LDO 效率較低且易發(fā)熱，DCDC 效率更高、發(fā)熱較少，但電路復(fù)雜，需根據(jù)具體場景選擇。
接下來，我們將深入剖析 LDO 和 DCDC 的工作原理。在 LDO 中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可簡化為一個小人、一個可調(diào)電阻和一個電壓表。這個小人持續(xù)監(jiān)控輸出電壓，并根據(jù)其變化調(diào)整可調(diào)電阻的值。當(dāng)輸出電壓高于 5V 時，小人會增加可調(diào)電阻，而低于 5V 時則減小，從而維持輸出電壓的穩(wěn)定。然而，這種方式的缺點在于，多余的 7V 電壓被可調(diào)電阻消耗，導(dǎo)致其發(fā)熱量大、整體轉(zhuǎn)換效率低。
相比之下，DCDC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也包含一個小人和一個電壓表，但可調(diào)電阻被替換為一個開關(guān)。這個小人同樣負(fù)責(zé)監(jiān)控電壓，并通過周期性地開關(guān)該開關(guān)來產(chǎn)生 PWM 波。當(dāng)輸出電壓高于 5V 時，小人會延長開關(guān)斷開的時間，即增加 PWM 波的低電平時間；而低于 5V 時，則會縮短開關(guān)閉合時間，即增加 PWM 波的高電平時間。這樣，多余的 7V 電壓被開關(guān)攔截，芯片本身無需承擔(dān)多余電壓，從而顯著降低了發(fā)熱量。至此，我們可以清晰地看出 DCDC 和 LDO 的各自優(yōu)缺點。
我們可以從幾個不同的維度來對比評估這兩種技術(shù)。首先，考慮到輸出功率，線性穩(wěn)壓器并不適合處理高壓差和大電流的場景，因為這可能導(dǎo)致芯片過度發(fā)熱。LDO 適用于低壓差小電流場景，輸出穩(wěn)定性好。相比之下，DCDC 在這方面沒有這樣的限制，因此，在高壓差大電流的應(yīng)用中，DCDC 是更合適的選擇，而 LDO 則適用于低壓差小電流的場景。
其次，輸出電壓的穩(wěn)定性，或稱電源紋波，是一個重要的考量因素。我們希望電源的輸出盡可能平穩(wěn)，避免波動。DCDC 由于采用周期性開關(guān)方式，其輸出平穩(wěn)度可能會受到一定影響，導(dǎo)致紋波稍大。相比之下，LDO 的輸出非常平穩(wěn)，紋波極小，因此在這一點上，LDO 表現(xiàn)更優(yōu)。
，我們還要考慮效率。DCDC 的效率通常很高，可達(dá) 80% 以上，甚至能達(dá)到 95%。以一個 5V2A 的輸出為例，使用 DCDC 方案僅需一個 12V1A 的輸入電源，輸入電流遠(yuǎn)小于輸出電流。相比之下，LDO 的效率則取決于輸入輸出電壓差，壓差越大效率越低。例如，從 12V 轉(zhuǎn)換為 5V 時，其效率甚至低于 42%。因此，在需要 LDO 輸出 2A 電流時，選擇一個 12V2A 的輸入電源顯然不如 DCDC 經(jīng)濟(jì)高效。
接下來，我們探討一下溫度對這兩種技術(shù)的影響。由于 LDO 的發(fā)熱量高于 DCDC，效率之外的能量幾乎都轉(zhuǎn)化為熱量，因此 LDO 的發(fā)熱量明顯高于 DCDC。
再來看成本的考量。DCDC 由于工藝復(fù)雜且需搭配較多外圍元件，其總體成本相對較高。而 LDO，由于其普及已久且外圍元件較少，成本則更為親民。
從易用性的角度看，LDO 因其悠久的歷史和簡單的外圍元件需求而占據(jù)優(yōu)勢。在許多情況下，只需輸入和輸出電容即可使用，而開關(guān)電源則需考慮更多 PCB 布線因素。
，我們討論靜態(tài)功耗。在無負(fù)載情況下，電源芯片仍會消耗一定功耗，稱為靜態(tài)功耗。盡管在大多數(shù)場景下其影響可忽略，但在低功耗需求場景中，如智能手表的長時間待機，這一因素就顯得尤為重要。LDO 通常能將靜態(tài)功耗低至 10uA 以下，這樣的低功耗特性使得其在許多低功率場景中成為優(yōu)選。
