为啥LDO的能效不如开关稳压器

尽管开关稳压器已步入聚光灯下，但就个人而言，低压差稳压器（LDO）仍是我心目中的“白月光”（或许脑海中亦是如此）。原因之一是LDO只专注于一件事情，性能出色且操作简单，既不让人头痛，也没什么意外。而且我最先接触的功率调节装置就是LDO，而在我实际开始构建电路的时候，它的性能表现也相当不错。即使是现在，需要数伏电压、约1A电流的电源轨时，我首先想到的仍是LDO，这种只有三个端子的基础元器件，而不是开关稳压器。

LDO的能效不如开关稳压器，这一点是众所周知的。但是在1A左右的小电流情况下，两者的区别并不大，而且在特定设计中，影响亦不大。若电流不止数安，这种差距就会比较明显，此时LDO就不太适用了。不过，除非是需要超低噪声的电源轨，否则亦无需使用性能出色且噪声极低的开关稳压器。除此之外，虽然可以在几种类型的LDO之间并联低阻值的泄放电阻以平衡电流，但布局、封装、BOM和量化性能等方面就会因此变得复杂。

尽管如此，LDO依然是工程师BOM包中的重要组件。正因为操作简单，所以很多设计人员都像撒芝麻一样，把LDO“撒”在印刷电路板上所有需要调节电压的地方，如IC和子电路的周围，以此最大限度地降低电源轨的IR压降，减少噪声拾取以及因电源与负载间距较远而产生的其他问题。

不过，我估计应用LDO的基础设计导入或许很快就会退出历史的舞台。目前，在简易性、尺寸、无需外部电源（或仍需要）和总体设计导入的便利性方面，密封式小电流开关稳压器的属性都与LDO水平相当。如果在电路中对这些密封式开关稳压器和LDO进行“黑箱”测试，通常很难区分1安LDO和多安密封式开关稳压器。

此外，虽然LDO只能降压，但市面上却有降压、升压，甚至升/降压开关稳压器，后者能够在两种模式之间进行无缝转换。这一功能非常重要，许多电路都由单一的锂电池来驱动，因此需要升/降压模式来将电池从满电量状态调节到稍微放电的状态。

以LTM8074（LTM8074EY#PBF）为例，这是AnalogDevices推出的一款SilentSwitcherµModule稳压器（图1）。该稳压器具有宽输入电压范围（3.2至40V）和宽输出电压范围（0.8至12V）；可连续输出1.2A电流（24V输入电压和5V输出电压的情况下）；输出电压为3.3V时，可以达到1.75A的峰值输出电流。不过，真正吸引我的还是它的尺寸。作为一款BGA设备，该稳压器的尺寸仅为4mm×4mm×1.82mm（厚）。

只需两个电容器（1µF和10µF）和两个电阻器即可工作。与LDO一样，即插即用，但是封装更小而功率更大。谈及开关稳压器，自然就会联想到电感器。该开关稳压器封装内部嵌入电感器，因此对设计人员而言，电感器算不上BOM的一部分，也不会占用额外空间。此外，开关稳压器的EMI辐射也相当低，几乎与LDO相当（图2）。

还有另一款类似于LDO的微型开关稳压器，即TexasInstruments的LMZ10501（LMZ10501SILR）。这款1A微型模块的输入电压范围为2.7至5.5V，输出电压范围为0.6至3.6V（图3）。

LMZ20501只需三个陶瓷电容器和两个电阻器即可工作，电感器集成在8引脚microSiP封装内，尺寸仅为3.00mm×2.60mm（图4）。有一点很明显：它看起来并不像标准通用IC。

一直以来，LDO在尺寸和易用性方面都拥有比较明显的优势，而这些微型开关稳压器的性能甚至可以与小电流LDO相媲美。例如，MaximIntegrated的MAXM15462是一款高能效同步降压DC-DC模块，集成了控制器、MOSFET、补偿元件和电感器，并能够在宽输入电压范围内工作（图5）。该模块的输入电压范围为4.5至42V，而可编程输出电压范围为0.9至5V，输出电流最高可达300mA。该模块采用2.6mm×3mm×1.5mm的小尺寸uSLIC™封装，只需三个电容器（两个1µF，一个10µF）和两个电阻器即可工作。

相比同等属性的LDO，这些微型开关稳压器的优势不仅仅只是更小、更高效。根据所选设备的不同，它们还具有其他的优良特性（有时是非常必要的），例如软启动（以减少输入涌流）、电源良好引脚和可编程欠压锁定（UVLO）阈值等等。

有时候我们不得不放弃曾经的偏爱，才能从科技进步中获取便利。我曾经见过工程师在新产品设计中使用了二十年前的运算放大器，这主要是因为他们更熟悉这种运放的特性，用起来更顺手。虽然就某种程度而言，这种策略算是明智，但也有可能会对最终设计造成阻碍，使之无法实现功能更多、花费更少或体积更小。

每年或许仍有无数人将LDO等电源稳压器应用于新的设计导入方案。然而，低功耗开关稳压器在增强性能、稳定运行、易于使用和提高能效方面拥有更多优势，而且以很小的封装实现了所有上述功能。尽管最初的冲动可能是将熟悉的LDO纳入BOM，但如果完全不考虑开关稳压器的话，也可以算得上是专业失误。