在電子電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，電源芯片的選擇至關(guān)重要，它直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。2025 年 8 月 18 日，11 點(diǎn) 28 分，相關(guān)技術(shù)人員對(duì) LDO 與 DCDC 電源芯片進(jìn)行了深入的對(duì)比與分析，以幫助工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)做出更合適的選擇。

電壓轉(zhuǎn)換方案介紹

在硬件設(shè)計(jì)中，我們常常會(huì)遇到將 12V 電源降至 5V，或 5V 電源降至 3.3V 的需求，這時(shí)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(jiàn)的電壓轉(zhuǎn)換芯片，應(yīng)用十分廣泛。它的工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單，就像一個(gè) “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?yàn)樵诟邏翰顣r(shí)，多余的電壓會(huì)在芯片內(nèi)部以熱能的形式消耗掉，不僅浪費(fèi)了能量，還可能影響芯片的使用壽命。

其實(shí)，還有一種效率更高、發(fā)熱更低的電壓轉(zhuǎn)換方式 —— 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（DCDC）。與 LDO 相比，DCDC 的電路設(shè)計(jì)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(chǔ)和轉(zhuǎn)換的重要作用，通過(guò)周期性的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)高效的電壓轉(zhuǎn)換。接下來(lái)，我們將深入探討 LDO 和 DCDC 各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并分析在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)如何選擇合適的電壓轉(zhuǎn)換方案。

在硬件設(shè)計(jì)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(chǎng)景更適用，而 DCDC 在高壓差大電流場(chǎng)景表現(xiàn)更佳。

LDO 和 DCDC 的優(yōu)缺點(diǎn)

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(chǎng)景選擇。

工作原理分析

LDO 工作原理

接下來(lái)，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(jiǎn)化為一個(gè)小人、一個(gè)可調(diào)電阻和一個(gè)電壓表。這個(gè)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(shí)，小人會(huì)增加可調(diào)電阻，而低于 5V 時(shí)則減小，從而維持輸出電壓的穩(wěn)定。然而，這種方式的缺點(diǎn)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。

DCDC 工作原理

相比之下，DCDC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也包含一個(gè)小人和一個(gè)電壓表，但可調(diào)電阻被替換為一個(gè)開(kāi)關(guān)。這個(gè)小人同樣負(fù)責(zé)監(jiān)控電壓，并通過(guò)周期性地開(kāi)關(guān)該開(kāi)關(guān)來(lái)產(chǎn)生 PWM 波。當(dāng)輸出電壓高于 5V 時(shí)，小人會(huì)延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的時(shí)間，即增加 PWM 波的低電平時(shí)間；而低于 5V 時(shí)，則會(huì)縮短開(kāi)關(guān)閉合時(shí)間，即增加 PWM 波的高電平時(shí)間。這樣，多余的 7V 電壓被開(kāi)關(guān)攔截，芯片本身無(wú)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(diǎn)。

對(duì)比與選擇

多維度對(duì)比評(píng)估

我們可以從幾個(gè)不同的維度來(lái)對(duì)比評(píng)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(chǎng)景，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致芯片過(guò)度發(fā)熱。LDO 適用于低壓差小電流場(chǎng)景，輸出穩(wěn)定性好。相比之下，DCDC 在這方面沒(méi)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(chǎng)景。

其次，輸出電壓的穩(wěn)定性，或稱電源紋波，是一個(gè)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(dòng)。DCDC 由于采用周期性開(kāi)關(guān)方式，其輸出平穩(wěn)度可能會(huì)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(diǎn)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(gè) 5V2A 的輸出為例，使用 DCDC 方案僅需一個(gè) 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(shí)，其效率甚至低于 42%。因此，在需要 LDO 輸出 2A 電流時(shí)，選擇一個(gè) 12V2A 的輸入電源顯然不如 DCDC 經(jīng)濟(jì)高效。

溫度、成本與易用性

接下來(lái)，我們探討一下溫度對(duì)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(lái)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(duì)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(jiǎn)單的外圍元件需求而占據(jù)優(yōu)勢(shì)。在許多情況下，只需輸入和輸出電容即可使用，而開(kāi)關(guān)電源則需考慮更多 PCB 布線因素。

靜態(tài)功耗分析

，我們討論靜態(tài)功耗。在無(wú)負(fù)載情況下，電源芯片仍會(huì)消耗一定功耗，稱為靜態(tài)功耗。盡管在大多數(shù)場(chǎng)景下其影響可忽略，但在低功耗需求場(chǎng)景中，如智能手表的長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)，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(chǎng)景中成為優(yōu)選。