摘要：搞嵌入式的一般都是軟硬件結(jié)合，軟件不用說(shuō)了,從C語(yǔ)言到裸機(jī)再到RTOS，最后到Linux都要學(xué)，那么搞硬件要學(xué)啥呢？最關(guān)鍵的兩點(diǎn)就是電源和運(yùn)放，把電源和運(yùn)放玩好了，基本硬件也就沒(méi)啥大問(wèn)題。當(dāng)然如果不是專業(yè)搞硬件，運(yùn)放其實(shí)用到的不多，更多的是電源，畢竟任何一塊電路板都離不開(kāi)電源供電。

今天來(lái)圖解一下大家常說(shuō)的LDO和DC-DC到底是怎么一回事！為了使大家更加理解，采用大白話的講解方式，不會(huì)涉及太多的專業(yè)詞匯！如有不足，歡迎大家評(píng)論區(qū)留言指正！

一、什么是LDO？

LDO即Low Dropout Regulator，是一種低壓差線性穩(wěn)壓器。這是相對(duì)于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)的。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器，如78XX系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓至少高出2V~3V，否則就不能正常工作。但是在一些情況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5V轉(zhuǎn)3.3V，輸入與輸出之間的壓差只有1.7V，顯然這是不滿足傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的工作條件的。針對(duì)這種情況，芯片制造商們才研發(fā)出了LDO類的電壓轉(zhuǎn)換芯片。

AMS1117有低壓差功能的線性穩(wěn)壓器，常見(jiàn)的AMS1117，輸入輸出的最小壓差就是1.2V，也就是說(shuō)如果你想用AMS1117輸出一個(gè)幅值為3.3V的電壓，那么你的輸入電壓至少要大于4.5V，否則不能輸出3.3V電壓。而另一個(gè)常見(jiàn)的LDO芯片7805，輸入輸出的最小壓差就是2V，也就是說(shuō)如果你想用LM7805輸出一個(gè)幅值為5V的電壓，那么你的輸入電壓至少要大于7V，否則不能輸出5V電壓。這樣你講你是不是就會(huì)明白很多了！

低壓差線性穩(wěn)壓器，故名思意為線性的穩(wěn)壓器，僅能使用在降壓應(yīng)用中，也就是輸出電壓必需小于輸入電壓。優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好，負(fù)載響應(yīng)快，輸出紋波小。缺點(diǎn)：效率低，輸入輸出的電壓差不能太大，負(fù)載不能太大，目前最大的LDO為5A，但要保證5A的輸出還有很多的限制條件。

LDO的原理

LDO線性穩(wěn)壓器它的內(nèi)部其實(shí)就相當(dāng)于一個(gè)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)芯片輸出電壓高于設(shè)定值時(shí)，會(huì)增大滑動(dòng)變阻器的值，當(dāng)當(dāng)芯片輸出電壓低于設(shè)定值時(shí)，會(huì)減小滑動(dòng)變阻器的值，如下圖所示：

LDO原理-果果小師弟既然它的內(nèi)部是一個(gè)滑動(dòng)變阻器，那么就注定了它的發(fā)熱量比較大，至少是比DC-DC芯片發(fā)熱量大，因?yàn)镈C-DC內(nèi)部是一個(gè)“開(kāi)關(guān)”。

LDO為什么會(huì)發(fā)熱？

LDO線性穩(wěn)壓器它的內(nèi)部既然相當(dāng)于一個(gè)滑動(dòng)變阻器，輸入和輸出的壓差損耗全部被電阻轉(zhuǎn)化成熱能給消耗了，當(dāng)然會(huì)發(fā)熱。而芯片的功耗：U*I=(Uout-Uin)*Iout。假如我們使用一個(gè)降壓芯片LM7805輸入12V，輸出5V/1A，那么芯片的功耗就是(12V-5V）*1A=7W。其實(shí)這個(gè)7W的功率相當(dāng)于一個(gè)小型的電烙鐵了。

當(dāng)芯片溫度小于60攝氏度時(shí)是安全的，在90到120攝氏度時(shí)就處于危險(xiǎn)狀態(tài)，在達(dá)到120攝氏度時(shí)就會(huì)被損壞。

二、什么是DC-DC？

DC-DC是一種新研制的小型化電源開(kāi)關(guān)模塊，它是采用微電子技術(shù)，把小型表面安裝集成電路與微型電子元器件組裝成一體而構(gòu)成。有利于簡(jiǎn)化電源電路設(shè)計(jì)縮短研制周期，實(shí)現(xiàn)最佳指標(biāo)，廣泛應(yīng)用于各類數(shù)字儀表和智能儀器中。這是百度百科的解釋，聽(tīng)起來(lái)概念有點(diǎn)不清。

在嵌入式開(kāi)發(fā)中我們會(huì)不僅會(huì)接觸到LDO電路，還會(huì)接觸到DCDC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。

在哪里會(huì)遇到了？你的開(kāi)發(fā)板肯定會(huì)接電源對(duì)吧，而這個(gè)電源肯定一般都是外接一個(gè)電源適配器12V對(duì)吧？

圖為ALIENTEK開(kāi)發(fā)板的電源適配器而你的芯片一般是5V或者3.3V電源功能對(duì)吧？

那么你是不是需要將12V電源裝換成3.3V電壓?。窟@時(shí)你肯定會(huì)想到使用前面的LDO芯片來(lái)降壓，對(duì)吧？

但是我們又說(shuō)了LDO是有低壓差功能的線性穩(wěn)壓器，12V轉(zhuǎn)5V他們之間有7V的壓降，這個(gè)感覺(jué)是不是有一點(diǎn)不合適?。考偃缡荓DO，輸入電流為1A，7W的壓降功率全部給內(nèi)部電阻發(fā)熱了，那電路板你還敢用嗎？

是的，如果你思考到這里，下面就好說(shuō)了，這時(shí)聰明的人類就發(fā)明了DC-DC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，所以你發(fā)現(xiàn)在你的開(kāi)發(fā)板上只要是12V轉(zhuǎn)5V的芯片全部用的都是DC-DC降壓轉(zhuǎn)換芯片。

口說(shuō)無(wú)憑，下面來(lái)看看幾張?jiān)韴D：

這是正點(diǎn)原子的，使用的是MP2359 DC-DC降壓芯片這是野火的，我不用說(shuō)他自己已經(jīng)給你標(biāo)出來(lái)了這是韋東山大哥的，他自己也標(biāo)出來(lái)了那么聰明的你有沒(méi)有想過(guò)為什么他們12V轉(zhuǎn)5V都使用DC-DC，僅僅是因?yàn)榘l(fā)熱量低嗎？

是的，但這時(shí)其中的一點(diǎn)，DC-DC穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)還不止這一點(diǎn)，還有一點(diǎn)就是DC-DC效率非常高，可高達(dá)95%。為啥DC-DC的發(fā)熱量低、效率高呢？這就要說(shuō)一下DC-DC的芯片的原理了。

DCDC的原理

DCDC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器它的內(nèi)部其實(shí)就相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)芯片輸出電壓高于設(shè)定值時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合的時(shí)間就短一點(diǎn)，當(dāng)芯片輸出電壓低于設(shè)定值時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合的時(shí)間就長(zhǎng)一點(diǎn)，也就是我所說(shuō)的PWM脈沖寬度調(diào)制，這樣就會(huì)涉及到一個(gè)參數(shù)叫做固定開(kāi)關(guān)頻率，如下圖所示：

它的內(nèi)部既然是一個(gè)開(kāi)關(guān)那么輸入電壓和輸出電壓之間相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)隔開(kāi)了，就不會(huì)自身發(fā)熱了啊，對(duì)吧。既然是一個(gè)開(kāi)關(guān)，我們使用MOS管，那么它的效率是不是就高了啊。所以不用去死記概念，把我這張圖記住就好了。一輩子都不會(huì)忘記。

效率大比拼

開(kāi)關(guān)電源的效率都很高，一般都大與80%，好一點(diǎn)的能達(dá)到95%。這怎么理解？

比如我需要給我的負(fù)載提供5V2A，也就是10W的功率，如果效率在80%，那么輸入的功率至少是10W/80%=12.5W，假如我們的輸入電壓是12V，那么我的輸入電流大概只需要12.5W/12V=1A的電流就可以了。

換一句話說(shuō)就是我輸入只提供給芯片1A的電流，它就能帶動(dòng)2A的負(fù)載，那么是不是很強(qiáng)大，效率很高！

同樣的活如果讓我們的LDO線性穩(wěn)壓器來(lái)干，會(huì)怎么樣呢？

LDO的效率一般比較低，大概只有40%左右，這不是我說(shuō)的，是芯片手冊(cè)說(shuō)的。

對(duì)于LDO，比如我需要給我的負(fù)載提供5V2A，也就是10W的功率，效率在在40%的條件下，那么我輸入的功率至少是10W/40%=25W，假如我們的輸入電壓是12V，那么我的輸入電流就需要提供25W/12V=2A的電流。

換一句話說(shuō)就是我需要輸入給芯片提供2A的電流，它才能帶動(dòng)2A的負(fù)載，這樣效率是不是就很低！

得出結(jié)論以及如何選型

這樣一來(lái)，在什么情況下采用哪種方案就一目了然了！

LDO	DC-DC
適合低壓差小電流場(chǎng)景	適合高壓差大電流場(chǎng)景
紋波小	紋波大
效率低	效率高
發(fā)熱高	發(fā)熱低
電路簡(jiǎn)單	電路復(fù)雜
靜態(tài)功耗低	靜態(tài)功耗高

三、實(shí)際電路應(yīng)用設(shè)計(jì)

說(shuō)了這么多，那么我們的電路板到底使用LDO還是DC-DC呢？其實(shí)這兩者是配合使用，12V轉(zhuǎn)5V建議使用DC-DC，5V轉(zhuǎn)3.3V建議使用LDO?？谡f(shuō)無(wú)憑，還是看幾家板廠的開(kāi)發(fā)板電源供電電路的實(shí)際情況吧！

12V轉(zhuǎn)5V

板廠	型號(hào)	芯片類型	某寶價(jià)格
正點(diǎn)原子	MP2359	DC-DC	7.1 RMB
野火	RT7272B	DC-DC	5.5 RMB
安富萊	XL2596	DC-DC	1.3 RMB
韋老師	MP1495S	DC-DC	1.3 RMB

5V轉(zhuǎn)3.3V

板廠	型號(hào)	芯片類型	某寶價(jià)格
正點(diǎn)原子	AMS1117	LDO	0.35 RMB
野火	AMS1086	LDO	1 RMB
安富萊	AMS1117	LDO	0.35 RMB
韋老師	MP2143DJ	DC-DC	1.3 RMB

可以看到，12V轉(zhuǎn)5V幾家板廠都使用DC-DC，5V轉(zhuǎn)3.3V都使用LDO，只有韋東山大哥家5V轉(zhuǎn)3.3V使用的是DC-DC，當(dāng)然也可以，只要不差錢你都可以使用DC-DC，因?yàn)镈C-DC芯片肯定比LDO貴，而且電路也比LDO復(fù)雜，性能肯定要好很多。

下面來(lái)具體解析一下這幾家使用的芯片。

正點(diǎn)原子

正點(diǎn)原子的開(kāi)發(fā)板電源芯片是MP2359。MP2359是一種高效率，同步降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，可提供高達(dá)1.2A的輸出電流，輸入電壓范圍4.5V至24V。

來(lái)自MP2359芯片手冊(cè)特點(diǎn)：4.5V至24V輸入電壓范圍，1.2A輸出電流，固定工作頻率：1.4MHz。可調(diào)輸出電壓從0.81V到15V，高效率高達(dá)92％。提供了快速瞬態(tài)響應(yīng)和簡(jiǎn)化環(huán)路穩(wěn)定，故障狀態(tài)保護(hù)包括逐周期電流限制和熱關(guān)機(jī)。

下圖是開(kāi)發(fā)板的電源供電部分原理圖

至于外圍電路為什么是這樣配置，在芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)已經(jīng)給出了典型的應(yīng)用電路，只要按照數(shù)據(jù)手冊(cè)給的典型電路配置就可以了。

來(lái)自MP2359芯片手冊(cè)

野火

野火的開(kāi)發(fā)板電源芯片是RT7272B。RT7272B是一種高效率，電流模式同步降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，可提供高達(dá)3A的輸出電流，輸入電壓范圍4.5V至36V。

來(lái)自RT7272B芯片手冊(cè)特點(diǎn)：4.5V至36V輸入電壓范圍，3A輸出電流，固定工作頻率：500kHz。可調(diào)輸出電壓從0.8V到30V，高效率高達(dá)95％。輸入欠壓鎖定、輸出欠壓保護(hù)、熱關(guān)斷保護(hù)、可調(diào)電流限制。

下圖是開(kāi)發(fā)板的電源供電部分原理圖

同樣，至于外圍電路為什么是這樣配置，在芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)已經(jīng)給出了典型的應(yīng)用電路，只要按照數(shù)據(jù)手冊(cè)給的典型電路配置就可以了，不需要自己設(shè)計(jì)外圍電路。

來(lái)自RT7272B芯片手冊(cè)

安富萊

安富萊的開(kāi)發(fā)板電源芯片是XL2596。XL2596是一個(gè)150KHz的固定頻率PWM降壓DC/DC變換器，能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)3A的負(fù)載，提供高效率、低紋波和負(fù)載調(diào)整率。

特點(diǎn)：輸入電壓范圍4.5V至40V，輸出電壓為3.3V， 5V，12V和可調(diào)版本。輸出可調(diào)從1.23V至37V，最大占空比100％。

下圖是開(kāi)發(fā)板的電源供電部分原理圖

至于外圍電路為什么是這樣配置，在芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)也已經(jīng)給出了典型的應(yīng)用電路，只要按照數(shù)據(jù)手冊(cè)給的典型電路配置就可以了。

來(lái)自XL2596芯片手冊(cè)

百問(wèn)網(wǎng)

韋東山大哥的開(kāi)發(fā)板電源芯片是MP1495S。MP1495S是一個(gè)500KHz的固定頻率PWM降壓DC/DC變換器，能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)3A的負(fù)載，提供高效率、低紋波和負(fù)載調(diào)整率。

特點(diǎn)：輸入電壓范圍4.5V至16V，輸出電壓為1V、1.2V、1.8V、2.5V、3.3V、5V和可調(diào)版本。

下圖開(kāi)發(fā)板的電源供電部分原理圖

至于外圍電路為什么是這樣配置，在芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)已經(jīng)給出了典型的應(yīng)用電路，只要按照數(shù)據(jù)手冊(cè)給的典型電路配置就可以了。

來(lái)自MP1459芯片手冊(cè)總結(jié)(左滑可查看完整表格)：

板廠	型號(hào)	芯片類型	輸入電壓	輸出電壓	最大輸出電流
正點(diǎn)原子	MP2359	DC-DC	4.5V-24V	0.81V - 15V	1.2A
野火	RT7272B	DC-DC	4.5V-36V	0.8V - 30V	3A
安富萊	XL2596	DC-DC	4.5V-40V	1.23V - 37V	3A
韋老師	MP1495S	DC-DC	4.5V-16V	0.8V-5V	3A

四、如何避免電路被燒壞？

搞嵌入式的免不了和硬件打交道，尤其是在做電源時(shí)，經(jīng)?？赡軙?huì)遇到芯片被燒毀，其實(shí)電路被燒毀無(wú)非就兩種情況：用電端燒毀的原因是電壓不對(duì)，一般是過(guò)高。供電端燒毀的原因是電流太大，一般是短路造成的。

比如一個(gè)電容的耐壓值是50V，那么當(dāng)你接入高于50V的點(diǎn)電壓是，電容可能會(huì)燒壞爆炸。又比如一個(gè)電源芯片的輸出電壓是5V，如果你的輸出接地，也就是短路了，(可能)會(huì)燒壞芯片。接地時(shí)輸出端與GND之間的電阻無(wú)窮小，輸出電壓一定那么輸出電流就會(huì)無(wú)窮大，就會(huì)燒壞你的電路。

上圖的這張圖的情況一定是要避免的，否則你的電路很可能會(huì)GG。

保證負(fù)載的正負(fù)極沒(méi)有插反、保證電源供電的電壓等于用電端負(fù)載需要的電壓、保證用電端負(fù)載電流小于供電電源能提供的電流。

換句話說(shuō)：你的元器件一定不能正負(fù)極接反、你的芯片需要5V的電源，你電源提供的給芯片的電源就一定不能超過(guò)5V；你電源芯片最大提供的電流是3A，你負(fù)載的電流就不能超過(guò)3A。出現(xiàn)上述情況的任何一種，你的電路肯定會(huì)被燒壞。

即使你有時(shí)候發(fā)現(xiàn)這樣做電路沒(méi)有燒壞，那是因?yàn)殡娐酚斜Ｗo(hù)機(jī)制，比如過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)等，但并不能保證你每次的運(yùn)氣就會(huì)這么好。說(shuō)不定哪天你心情不好或者隨地吐一口口痰就不會(huì)有好運(yùn)氣了。

最后

現(xiàn)在你應(yīng)該明白了在做電源部分時(shí)如何選擇電源芯片了吧，也不要擔(dān)心電源外圍電路不會(huì)配置，工程師已經(jīng)都給你設(shè)置好了電路圖，所以多看看數(shù)據(jù)手冊(cè)。另外本文所提到的芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)已上傳至gitee，需要的可以下載研讀一下。關(guān)于LDO和DC-DC的基礎(chǔ)知識(shí)就這么多，其他的就是在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)散，只要原理明白，一切都好說(shuō)。