查芯片手册时候会经常遇到LDO和DC-DC这两个概念,它们都属于电源管理模块,将高电压(向下)转换到目标电压。

LDO Regulator

LDO的基本原理图如下:(参考

LDO_Diagram

误差放大器(Error Amplifier)强迫两个输入端的电压相等,这样两个电阻之间的电压降趋于V_REF,于是得到V_OUT与V_REF的关系:(参考

V_out = V_ref × (1 + R1 / R2)

不考虑常数项,这可以看做是一个分压电路。

由于它实现起来很简单,几乎所有的芯片都会内置一个LDO,有些地方也称为线性稳压器(regulator)。

使用LDO无需额外的外围电路。

LDO的不足是,如果输入输出电压的压差大,那么许多功率都浪费在分压电阻上,不利于实现低功耗。

DC-DC Converter

DC-DC的基本原理图如下:(参考

DCDC_Diagram

当左侧开关打开,右边的电容开始充电,当左侧开关关闭,右边电容开始放电。

控制开关打开和关闭的频率,即可让右侧电容的电压维持在一个稳定数值。

开关的波动频率设为D,则有如下关系:

V_out = V_in × D

即输出电压与输入电压成正比例。如果比例系数小于1,为降压转换器,如果比例系数大于1,为升压转换器。

输出电压的波形如下图所示:(参考

DCDC_Output_Voltage

对输出电压进行滤波即可获得直流输出。

所以,使用DC-DC电压转换器,通常要额外加滤波电路。下面两个图为Silabs的BLE芯片EFR32BG12的参考连线图,上图为不使用内部DC-DC转换器,下图为使用了内部DC-DC转换器:

DCDC_Not_Used

DCDC_Used

比较两个电路,如果使用了DC-DC转换器,需要在VREGSW管脚外接一个LC滤波电路。

参考

DC to DC Converters

(完)