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开关直流电源效率和LDO直流电源效率

鉴于在上篇文章网友们的答复,不少人首先关注开关直流电源和LDO直流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(直流电源DC-直流电源DC)和LM2941(LDO),都是由15V转成5V。它们的典型直流电源链路结构及仿真结果分别如下:


TPS5430(直流电源DC-直流电源DC)(5V-3A输出)

开关直流电源电路图

仿真结果:

输入和输出直流电源电流如下:

直流电源输入和输出直流电源电流图

而输入输出直流电源电压为:

输入输出直流电源电压图

由功率=V*I,输入直流电源电流幅度为3A,占空比为1/3,而输出直流电源电流为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)

直流电源电路图

仿真结果:

输入和输出直流电源电流如下:

输入和输出直流电源电流仿真图

而输入输出直流电源电压如下:

输入输出直流电源电压仿真图

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


LDO直流电源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,另外输出直流电源电流也不能太大,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的体积或者需要在直流稳压电源PCB的散热平面较大,如下所示:

直流电源PCB的散热平面图

看上去LDO直流电源的效率如果是高压差,大直流电源电流输出的情况下是比较难提高的了。


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