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开关电源(DC-DC)与LDO电源的区别---效率

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发表于 2017-11-3 15:08:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
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关于开关电源(DC-DC)与LDO电源的区别,不少人首先关注开关电源和LDO电源效率及功耗上的差异,那在本篇文章就展开谈谈它们的效率问题。所谓效率,其实就是传递到输出端的功率比,等于(传递的功率/输入的功率)*100%。我们首先通过理想的仿真模型来直观的看看它们的差别。

我们对比TI的TPS5430(DC-DC)和LM2941(LDO),都是由15V转成5V。
它们的典型电源链路结构及仿真结果分别如下:

TPS5430(DC-DC)(5V-3A输出)

仿真结果:
输入和输出电流如下:

而输入输出电压为:


由功率=V*I,输入电流幅度为3A,占空比为1/3,而输出电流为3A,因此基本上输入功耗和输出功耗接近,效率几乎为100%。
LM2941(LDO)(5V-300mA输出)


仿真结果:
输入和输出电流如下:


而输入输出电压如下:


可见。LDO由于输入输出电流大小相同,为300mA(其实上会有很小部分静态电流流向地),而输入输出电压比为3,因此效率只有33%。

LDO电压的效率会那么低呢,功耗到底浪费在哪里了?看大家的回复也说到了,主要就是串联调整管的内阻消耗掉了,给芯片会造成什么影响呢?最大的影响就是发热,这也就是为什么LDO的输入输出压差不能太大,另外输出电流也不能太大,不然效率降低之余造成的发热量是非常严重的,因此有的LDO封装上需要加大面积的散热片,这也导致了LDO的体积或者需要在PCB的散热平面较大,如下所示:


看上去LDO电源的效率如果是高压差,大电流输出的情况下是比较难提高的了。那么,开关电源呢?我们直观上知道效率会比较高,从仿真上看开关电源的效率也几乎满格,那其实上呢,开关电源效率有损耗吗,主要会损耗在什么地方呢?
一博科技, 每周2篇PCB设计仿真文章。每周一上午必更。http://www.edadoc.com
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