PCB设计教程【大师篇】——STM32开发板电源设计（LDO、DCDC）

前言

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目录

前言

一、LDO（低压差线性稳压器）工作原理与特性

二、DC-DC 开关稳压器工作原理与特性

三、LDO 与 DC-DC 核心对比

四、总结

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一、LDO（低压差线性稳压器）工作原理与特性

LDO 通过串联分压原理实现稳压，核心结构包括误差放大器、调整管、电压基准和采样电路：

1. 工作机制：
   • 采样电路对输出电压分压后，与基准电压（VREF）通过运算放大器比较，输出信号控制调整管（等效为可变电阻）的电阻值。
   • 若输出电压过高，调整管电阻增大，分压降低；若输出电压过低，电阻减小，分压升高，形成闭环反馈。
2. 优缺点：
   • 优势：外围元件少（仅需输入 / 输出滤波电容）、负载响应快、输出纹波小、噪声低。
   • 劣势：效率低（能量通过电阻发热损耗）、输入输出压差受限（通常几伏）、仅能降压、输出电流较小（一般 1-2A）。
3. 应用场景：适用于低压差、低纹波需求的小电流场景，如单片机核心板（如 AMS1117 芯片）。

二、DC-DC 开关稳压器工作原理与特性

DC-DC 通过 ** 高频开关动作与储能元件（电感、电容）** 实现能量周期性存储与释放，分为降压（Buck）和升压（Boost）电路：

1. Buck 电路（降压）：
   • MOS 管导通时，输入电源经电感向电容充电，电感储能；MOS 管关断时，电感通过续流二极管向负载放电，电容平滑电压波动。
   • 输出电压由 PWM 波占空比决定
2. Boost 电路（升压）：
   • MOS 管导通时，电源向电感充电储能；关断时，电感感应出右正左负的电压，与电源电压叠加后经二极管向电容和负载供电，实现升压。
3. 优缺点：
   • 优势：效率高（可达 90% 以上）、支持宽输入电压范围（大压差）、可升压 / 降压、输出电流大。
   • 劣势：外围元件多（需电感、MOS 管、二极管等）、电路设计复杂、输出纹波较大。
4. 应用场景：适用于大压差、大功率需求场景，如电机驱动、电池升压等。

三、LDO 与 DC-DC 核心对比

特性	LDO	DC-DC 开关稳压器
工作原理	串联分压，线性调整	高频开关，储能元件充放电
效率	低（能量损耗为主）	高（能量循环利用）
输入输出特性	仅降压，压差小	可升 / 降压，压差范围大
外围复杂度	简单（电容为主）	复杂（电感、MOS 管等）
纹波与噪声	低	较高
典型场景	小电流、高精度供电	大电流、宽电压范围供电

四、总结

• 选择逻辑：优先根据压差、功率需求选型。小电流、低纹波选 LDO；大电流、宽电压或需升压选 DC-DC。
• 设计要点：LDO 需注意输入电压高于输出电压且压差合理；DC-DC 需关注电感电容选型以抑制纹波，并参考芯片数据手册计算反馈电阻。