開(kāi)關(guān)電源效率高，LDO響應(yīng)快，應(yīng)該怎樣理解？

電源是整個(gè)電路板中最重要的一塊了，電源不穩(wěn)定，其他啥都別談。

在電源設(shè)計(jì)上我們用得最多的場(chǎng)合是，從一個(gè)穩(wěn)定的“高”電壓得到一個(gè)穩(wěn)定的“低”電壓。這也就是經(jīng)常說(shuō)的DC/DC，其中用得最多的電源穩(wěn)壓芯片有兩種，一種叫LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器，我們后面說(shuō)的線性穩(wěn)壓電源，也是指它)，另一種叫PWM(脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)電源，我們?cè)诒疚囊卜Q它開(kāi)關(guān)電源)。我們常常聽(tīng)到PWM的效率高，但是LDO的響應(yīng)快，這是為什么呢?別著急，先讓我們看看它們的原理。

下面會(huì)涉及一些理論知識(shí)，但是依然非常淺顯易懂，如果你不懂，得檢查一下自己的基礎(chǔ)了。

1、線性穩(wěn)壓電源的工作原理

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2、開(kāi)關(guān)電源的工作原理

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如上圖，為了從高電壓Vs得到Vo，開(kāi)關(guān)電源采用了用一定占空比的方波Vg1,Vg2推動(dòng)上下MOS管，Vg1和Vg2是反相的，Vg1為高，Vg2為低;上MOS管打開(kāi)時(shí)，下MOS管關(guān)閉;下MOS管打開(kāi)時(shí)，上MOS管關(guān)閉。由此在L左端形成了一定占空比的方波電壓，電感L和電容C我們可以看作是低通濾波器，因此方波電壓經(jīng)過(guò)濾波后就得到了濾波后的穩(wěn)定電壓Vo。Vo經(jīng)過(guò)R1、R2分壓后送入第一個(gè)放大器(誤差放大器)的負(fù)端V+，誤差放大器的輸出Va做為第二個(gè)放大器(PWM放大器)的正端，PWM放大器的輸出Vpwm是一個(gè)有一定占空比的方波，經(jīng)過(guò)門邏輯電路處理得到兩個(gè)反相的方波Vg1、Vg2來(lái)控制MOSFET的開(kāi)關(guān)。

誤差放大器的正端Vref是一恒定的電壓，而PWM放大器的負(fù)端Vt是一個(gè)三角波信號(hào)，一旦Va比三角波大時(shí)，Vpwm為高;Va比三角波小時(shí)，Vpwm為低，因此Va與三角波的關(guān)系，決定了方波信號(hào)Vpwm的占空比;Va高，占空比就低，Va低，占空比就高。經(jīng)過(guò)處理,Vg1與Vpwm同相，Vg2與Vpwm反相;最終L左端的方波電壓Vp與Vg1相同。如下圖

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當(dāng)Vo上升時(shí)，V+將上升，Va下降，Vpwm占空比下降，經(jīng)過(guò)們邏輯之后，Vg1的占空比下降，Vg2的占空比上升，Vp占空比下降，這又導(dǎo)致Vo降低，于是Vo的上升將被抑制。反之亦然。

3、對(duì)比線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)電源

懂得了線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)電源的工作原理之后，我們就可以明白為什么線性穩(wěn)壓電源有較小的噪聲，較快的瞬態(tài)響應(yīng)，但是效率差;而開(kāi)關(guān)電源噪聲較大，瞬態(tài)響應(yīng)較慢，但效率高了。

線性穩(wěn)壓電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反饋環(huán)路短，因此噪聲小，而且瞬態(tài)響應(yīng)快(當(dāng)輸出電壓變化時(shí)，補(bǔ)償快)。但是因?yàn)檩斎牒洼敵龅膲翰钊柯湓诹薓OSFET上，所以它的效率低。因此，線性穩(wěn)壓一般用在小電流，對(duì)電壓精度要求高的應(yīng)用上。

而開(kāi)關(guān)電源，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響輸出電壓噪聲性能的因數(shù)很多，且其反饋環(huán)路長(zhǎng)，因此其噪聲性能低于線性穩(wěn)壓電源，且瞬態(tài)響應(yīng)慢。但是根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)，MOSFET處于完全開(kāi)和完全關(guān)兩種狀態(tài)，除了驅(qū)動(dòng)MOSFET，和MOSFET自己內(nèi)阻消耗的能量之外，其他能量被全部用在了輸出(理論上L、C是不耗能量的，盡管實(shí)際并非如此，但這些消耗的能量很小)。

審核編輯：湯梓紅