DC-DC与LDO电压变换
1.DC-DC
1.1 概念
内部是先把DC直流电源转变为交流电电源AC。通常是一种自激震荡电路，所以外面需要电感等分立元件。然后在输出端再通过积分滤波，又回到DC电源。由于产生AC电源，所以可以很轻松的进行升压跟降压。
1.2 类型及特点
DC/DC 转换器一般由控制芯片，电杆线圈，二极管，三极管，电容构成。DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。
DC-DC包括boost（升压）、buck（降压）、Boost/buck（升/降压）和反相结构，具有高效率、高输出电流、低静态电流、输入电压范围较宽等特点，随着集成度的提高，许多新型DC-DC 转换器的外围电路仅需电感和滤波电容；但该类电源控制器的输出纹波和开关噪声较大、成本相对较高。
1.3 原理简介
DC－DC变换器就是利用一个或多个开关器件的切换，把某一等级直流输入电压变换成另—等级直流输出电压。在给定直流输入电压下，通过调节电路开关器件的导通时间来控制平均输出电压控制，方法之一就是采用某一固定频率进行开关切换，并通过调整导通区间长度来控制平均输出电压。
开关电源利用对输入电压进行脉冲调制可实现自动稳压。
调制方式：
PFM（Pulse Frequency Modulation）：对外围电路相同，峰值效率一样时，效率比PWM高，且响应速度快，但不易实现，常用在DC-DC提高轻负载效率。
PWM（Pulse Width Modulation）：重载时效率高，噪声低且比PFM易实现，主流应用。
控制回路包括由R1和Rb组成的电阻分压器，电压误差放大器，PWM比较器，以及MOS管驱动电路。Vref是由带隙基准源提供的基准电压。
1. Buck
降压电路是BUCK电路，开关S闭合的时候，VD二极管承受负压关断，电感充电，电流正向流动，电流值呈现指数上升趋势。开关S断开的时候，VD二极管起续流作用，电感开始放电，电流逐渐下降，通过负载和二极管回到电感另外一端，短暂供电。这样电压就能降低。实际使用的时候，S开关是通过MOSFE或者IGBT实现的，输出电压等于输入电压乘以PWM波的占空比。
2. Boost
电感将电能和磁场能相互转换的能量转换，当MOS开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载，由于这个电压是输入电源电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，既升压过程的完成。
肖特基二极管主要起隔离作用，即在MOS开关管闭合时，肖特基二极管的正极电压比负极电压低，此时二极管反偏截止，使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；因在MOS管断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时二极管正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端。
集成功率MOSFET的IC代替了机械开关，MOSFET的开、关由脉宽调制(PWM)电路控制。输出电压始终由PWM占空比决定，占空比为50%时，输出电压为输入电压的两倍。
1. Buck-boost
1.4 PCB布局布线
布线之间会产生杂散电容；连线长度会产生阻抗。在设计中注意线间杂散电容和缩短布线长度有利于消除噪声，减少辐射的产生。
根据电路原理图进行元件的布局，输入电流线和输出电流线应进行区别；
合理放置元器件，保证它们之间的连线最短，以减少噪声；
在电压变化很大和流过大电流的地方应小心设计以降低噪声；
如果电路中采用了线圈和变压器，必须小心进行连接；
电路设计时，将元器件放置在同一方向，便于回流焊接；
元器件间或元器件焊盘和焊盘间必须保证0.5毫米以上的间隙，避免出现桥接。
- 在降压电路设计中，肖特基二极管的位置很关键，肖特基二极管接地点设计将影响输出的稳定性；肖特基二极管阴极连接线的长度将影响输出的稳定性； PCB背面用大面积铜箔作为地，通过过孔与正面地连接。
以上图片出处[http://www.eetop.cn/blog/html/04/n-16104.html]
1.5 DC-DC选择
这篇文章写的很详细工程师教你开发电源如何进行DC-DC电源模块选型
2.LDO
2.1 概念
LDO是LDO是（low dropout regulator），低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。只能降压。LDO本质是以热量换取电压转换的，所以驱动能力和热功耗紧密相关。
2.2 PNP与PMOS控制比较
在LDO(Low Dropout)稳压器中，导通管是一个PNP管。LDO的最大优势就是PNP管只会带来很小的导通压降，满载（Full-load）的跌落电压的典型值小于500mV，轻载（Light loads）时的压降仅有10～20mV。
LDO的结构主要包括启动电路、恒流源偏置单元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络，保护电路等。
LDO稳压器可以使用P-FET（P沟道场效应管）作为导通管。在PNP LDO。中要驱动PNP功率管就需要基极电流。基极电流由地脚（ground pin）流出并反馈回反相输入电压端。因此，这些基极驱动电流并未用来驱动负载。它在LDO稳压器中耗损的功耗由下式计算：
PWR（Base Drive）＝Vin × Ibase
驱动PNP管的基极电流等于负载电流除以β值（PNP管的增益）。在一些PNP LDO稳压器中β值一般为15～20（与负载电流相关）。此基极驱动电流产生的功耗可不是我们期望的（尤其是在电池供电的低功耗应用中）。P 沟道的场效应管不需要基极电流驱动，所以大大降低了器件本身的电源电流。P沟道场效应管（P-FET）的栅极驱动电流极小，较好地解决这个问题。
P-FET LDO稳压器是通过调整场效应管（FET）的导通阻抗（ON-resistance）可以使稳压器的跌落电压更低。 对于集成的稳压器而言，在单位面积上制造的场效应功率管（FET power transistors）的导通阻抗会比双极型开关管（Bipolar ONP Devices）的导通阻抗低。这就可以在更小封装（Packages）下输出更大的电流。
而P 沟道场效应管的压差大致等于输出电流与其导通电阻的乘积，极小的导通电阻使其压差非常低。当系统中输入电压和输出电压接近时， LDO 是最好的选择，可达到很高的效率。所以在将锂离子电池电压转换为3V 电压的应用中大多选用LDO，尽管电池最后放电能量的百分之十没有使用，但是LDO 仍然能够在低噪声结构中提供较长的电池寿命。
2.3 工作方式介绍
低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如图所示，该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。
取样电压加在比较器A的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。当输出电压Uout降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相反，若输出电压 Uout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。
在LDO中，产生压差的主要原因是在调整元件中有一个P沟道的MOS管。当LDO工作时MOS管道通等效为一个电阻，Rds(on):
Vdropout = Vin - Vout = Rds(on) x Iout
Vout=（R1+R2）/R2 * Vref
注：实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能，比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等，而且串联调整管也可以采用MOSFET。
2.4 特点
低压差线性稳压器的突出优点是具有最低的成本，最低的噪声和最低的静态电流。它的外围器件也很少，通常只有一两个旁路电容。
优点：稳定性好，负载响应快，输出纹波小。
缺点：效率低，输入输出的电压差不能太大，负载不能太大。
2.5 LDO的主要参数
1．输出电压（Output Voltage）
输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数，也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便，而且由于输出电压是经过厂家精密调整的，所以稳压器精度很高。但是其设定的输出电压数值均为常用电压值，不可能满足所有的应用要求，但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。
2．最大输出电流（Maximum Output Current）
用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。
3．输入输出电压差（Dropout Voltage）
输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。压差指保持电压稳定所需的输入电压和输出电压之间的最小差值，LDO能够在输入电压降低时保持输出负载电压不变，直到输入电压接近输出电压加上压差，在这个点输出电压将“失去”稳定。压差应尽可能小，以使功耗最小，效率最高。在保证输出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。比如，5.0V的低压差线性稳压器，只要输入5.5V电压，就能使输出电压稳定在5.0V。
4．接地电流（Ground Pin Current）
接地电路Ignd是指串联调整管输出电流为零时，输入电源提供的稳压器工作电流。在轻载电流时，系统效率是Iq 对系统性能产生的影响之一。基本来说，具有低Iq 的LDO 只在轻载时效率较高。这是因为负载电流增加时，Iq 只占Iin 总电流的很小一部分。具有较高Iq 的LDO 可以大大提高系统的线路和负载阶跃响应性能。由于Iq 被LDO 用来实现稳压工作，Iq 较高的LDO 对负载需求或线路电压的突变可作出更快的响应。
5．负载调整率（Load Regulation）
负载调整率可以通过下图和公式来定义，LDO 的负载调整率越小，说明LDO 抑制负载干扰的能力越强。
6．线性调整率(Line Regulation)
线性调整率可以通过下图和公式来定义，LDO 的线性调整率越小，输入电压变化对输出电压影响越小，LDO 的性能越好。
7．电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio. PSRR)
LDO 的输入源往往许多干扰信号存在。PSRR 反映了LDO 对于这些干扰信号的抑制能力。
PSRR=20 log（△vin/△vout）
LDO输出噪声受其内部设计和外部旁路、补偿电路的影响。导致LDO 输出噪声的主要来源是基准。为降低基准噪声，用于连接基准旁路电容。增大旁路电容能够使基准噪声成为产生LDO 输出噪声的次要因素，有利于减小输出噪声。建议使用陶瓷电容的典型值为470 pF 到 0.01 μF 。也可使用此范围以外的电容，但会对输入电源上电时LDO 输出电压上升的速度产生影响，旁路电容值越大，输出电压上升速率越慢。
8.基准电压（Reference Voltage）
基准模块是线性稳压器的一个核心部分，基准的大小直接决定了稳压器输出的大小，它是影响稳压器精度的最主要因素。
2.6 LDO的选择
当所设计的电路对分路电源有以下要求：
1、确定电路需要的电压类型是正电压还是负电压。
2、确定电路的输出电压、负载电流和输入电压（注意输入电压和负载电流都需要降额80％考虑）
3、确定电路的最大、最小输入－输出电压差；电路的最大、最小输入－输出电压差应该满足器件要求；
4、单板PCB、结构尺寸和生产线对封装形式的要求；
5、确定电路的电性能指标要求（如静态电流、精度、纹波、效率等）；器件的指标应该满足电路指标的要求，并且考虑温度对各种性能指标的影响；
6、确定器件的输出电容以及ESR值，如果器件对输出电容以及ESR有特殊要求，考虑公司现有器件是否满足要求；
7、其他要求（如电路是否需要使能控制端、价格因素等）。
2.7 LDO的典型应用
1.下图电路是一种最常见的AC/DC电源，交流电源电压经变压器后，变换成所需要的电压，该电压经整流后变为直流电压。在该电路中，低压差线性稳压器的作用是：在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压，抑制纹波电压，消除电源产生的交流噪声。
2.各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化。为了保证蓄电池组输出恒定电压，通常都应当在电池组输出端接入低压差线性稳压器。低压差线性稳压器的功率较低，因此可以延长蓄电池的使用寿命。同时，由于低压差线性稳压器的输出电压与输入电压接近，因此在蓄电池接近放电完毕时，仍可保证输出电压稳定。
3.在某些应用中，比如无线电通信设备通常只有一足电池供电，但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压，因此必须由多只稳压器供电。为了节省共电池的电量，通常设备不工作时，都希望低压差线性稳压器工作于睡眠状态。为此，要求线性稳压器具有使能控制端。有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控制功能的供电系统。
2.8 LDO的典型电路
LDO的应用电路十分方便简单，工作时仅需要二个作输入、输出电压退耦降噪的陶瓷电容器，见下图。Vin和Vout的输入和输出滤波电容器，应当选用宽范围的、低等效串联电阻(ESR)、低价陶瓷电容器，使LDO在零到满负荷的全部量程范围内稳压效果稳定。一些LDO有一个Bypass附加脚，由它连接一个小的电容器，可以进一步降低噪音。
输入电容的主要作用是对调整器的输入进行滤波，另外输入电容也可以抵消输入线较长时引入的寄生电感效应，防止电路产生自激振荡；所以调整器输入端一般采用两个电容并联的设计。较大的电容提供滤波作用，一般取22uF左右；较小电容提供消除振荡作用，取值一般为1uF，实际应用中一般选用0.1uF，位置尽量靠近调整器的输入引脚。
输出电容：电压调整器的许多性能都受输出电容的影响。其中电容值以及ESR对电路频率响应的影响是最主要的。有时候我们为达到较好的输出纹波抑制性能，调整器需要对地增加滤波电容。
2.9 LDO的PCB布局
LDO设计中，布局是非常重要的。
1.元器件放置
为了保证调整电路有足够好的瞬态响应特性，LDO调整器的带宽都较高，这使得LDO容易发生振荡，除外围元件对LDO产生影响外，实际电路的寄生参数也会对电路的频率响应特性产生影响：PCB走线产生的寄生电感。所以电路设计的时候，旁路电容应该尽量靠近器件引脚，即引线长度尽量短、粗，调整器输入端到旁路电容的走线距离应该小于1英寸。
2.地回路
调整器的性能也受到地回路的影响，主要是输入滤波电容的回路引线位置不当。如果输入电容回路引线和调整器负载回路存在物理上的连接，由于纹波电容的纹波电流峰值非常大（平均电流的5－15倍），输入端的纹波电压（50Hz或者120Hz）降耦合到负载电压上。
3.反馈电压检测
另外一个影响：负载引线的电阻引起的检测误差，这个问题一般发生在输出电流较大的电路中，使得负载电压比实际设计的电压低。
3. DC-DC与LDO选择比较
升压是一定要选DC-DC的，降压，是选择DCDC还是LDO，要在成本，效率，噪声和性能上比较。
LDO与DC/DC相比：
1.效率上，DC/DC的效率普遍要远高于LDO。
2.DC/DC有Boost，Buck，Boost/Buck，而LDO只有降压型。
3.DC/DC因为其开关频率的原因导致其电源噪声很大，远比LDO大的多，可以关注PSRR这个参数。所以当考虑到比较敏感的模拟电路时候，有可能就要牺牲效率为保证电源的纯净而选择LDO.
4.通常LDO所需要的外围器件简单，占面积小，而DC/DC一般都会要求电感，二极管，大电容，有的还会要MOSFET，特别是Boost电路，需要考虑电感的最大工作电流，二极管的反向恢复时间，大电容的ESR等等，所以从外围器件的选择来说比LDO复杂，而且占面积也相应的会大很多.
注：参考图文大多已在下面参考处注明，错误之处请大家指正。
参考：
6.独家解析Buck/Boost结构DC-DC变换器工作原理
11.DC-DC工作原理介绍
12.DC-DC电源基础知识