LDO 与 DC-DC 到底怎么选？一文讲透电源芯片的“道”与“术”
你有没有遇到过这样的场景？
调试一块新板子，MCU跑得飞快，ADC采样却总在跳动；
电池续航怎么算都不对劲，明明功耗很低，电量掉得却像漏了气；
EMC测试卡在30MHz附近一个尖峰过不去，排查半天发现是电源“偷偷”在发射噪声……
这些问题的背后，往往藏着同一个元凶——电源架构设计不合理。而其中最关键的决策点之一，就是：该用LDO还是DC-DC？
别小看这个选择。它不仅决定系统能效、温升和成本，甚至直接影响信号完整性和产品可靠性。今天我们就抛开教科书式的罗列，从工程实战角度，把 LDO 和 DC-DC 的区别、本质差异和真实应用场景彻底讲清楚。
从“能量搬运工”说起：它们本质上是怎么干活的？
我们可以打个比方：
- LDO 是一位慢条斯理但极其稳重的搬运工，他背着一袋米从高处走到低处，过程中靠自己“消耗体力”来控制下坡速度，最终平稳地把米送到指定位置。
- DC-DC 则像一台高效节能的滑轮吊车，通过反复开关动作快速提放货物，利用电感储能、电容滤波，把能量精准“甩”到目标电压。
虽然结果都是“降压”，但方式完全不同。
LDO：线性调节，简单直接
LDO 全称是低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator），它的核心原理其实非常朴素：
- 输入电压进来后，经过一个可变电阻（通常是MOSFET或BJT），动态调整阻值大小；
- 输出端通过分压电阻采样，与内部参考电压比较，误差放大器驱动调整管；
- 形成闭环负反馈，让输出始终保持恒定。
整个过程没有开关动作，电流连续流动，因此输出特别“干净”。
那些让你心动的优点：
- ✅零开关噪声：无高频切换，纹波极低，适合给 RF、ADC、传感器供电。
- ✅外围极简：一般只需要两个电容就能工作，PCB空间友好。
- ✅响应超快：负载突变时几乎瞬间补偿，不需要复杂的环路设计。
- ✅EMI 极低：不会对外辐射干扰，EMC认证省心不少。
但代价也很明显：
- ❌效率随压差飙升而暴跌
比如输入5V，输出3.3V，带载200mA：
$ P_{loss} = (5 - 3.3) \times 0.2 = 0.34W $ —— 这些能量全变成了热！ - ❌只能降压，不能升压、反相。
- ❌ 大电流下散热压力大，需要考虑 thermal pad 布局甚至加散热片。
所以一句话总结：LDO 是“贵在纯净”，不是“赢在效率”。
DC-DC：开关斩波，效率为王
再来看 DC-DC，尤其是最常见的Buck（降压型）变换器。
它的工作机制更像是“脉冲式能量传递”：
- 开关闭合 → 电感充电，电流上升；
- 开关断开 → 电感通过二极管（或同步整流管）续流，继续向负载供电；
- 控制芯片通过 PWM 调节占空比，控制平均输出电压。
这个过程依赖电感和电容完成能量存储和平滑滤波。
它真正的杀手锏是什么？
- ✅超高效率：通常可达 85%~95%，尤其在高压差、大电流场景优势碾压 LDO。
- ✅支持多种拓扑：Buck（降压）、Boost（升压）、Buck-Boost（升降压）、Flyback 等，灵活应对各种需求。
- ✅热损耗小：同样的功率转换任务，发热量远低于 LDO。
- ✅大电流输出能力强：现代同步整流芯片轻松做到几安培甚至十几安培。
比如同样是上面的例子：输入5V → 输出3.3V @200mA
假设效率90%，输入功率仅需约 $ 0.66 / 0.9 ≈ 0.73W $，损耗不到 0.07W —— 不到 LDO 的 1/5！
当然也有烦恼：
- ❌开关噪声大：几百kHz到几MHz的开关频率会产生显著纹波和 EMI。
- ❌外围复杂：必须配电感、输入/输出电容、反馈电阻等，占用更多 PCB 面积。
- ❌瞬态响应慢一些：环路补偿设计不当会导致负载跳变时电压跌落明显。
- ❌ 成本略高，尤其非集成方案。
所以 DC-DC 的定位很清晰：要效率、要续航、要大功率？选我！
关键参数对比：工程师真正关心的几个硬指标
我们不谈虚的，直接上干货。下面这张表是你做电源选型时最应该盯住的核心参数：
| 参数 | LDO | DC-DC（Buck） |
|---|---|---|
| 最高效率 | 通常 < 70%（压差大时更低） | 85% ~ 95% |
| 输出噪声 | 极低（μV级） | 较高（mV级，含开关纹波） |
| PSRR（电源抑制比） | 高（低频段 >60dB） | 一般（中高频衰减快） |
| 静态电流（IQ） | 可低至 1~5μA（超低功耗型号） | 几十 μA 起步，轻载时可通过 PFM 优化 |
| 压差电压 | 可低至 50~100mV | |
| 支持拓扑 | 仅降压 | 降压、升压、升降压皆可 |
| 外围元件数量 | 少（2个电容即可） | 多（电感 + 多个电容 + 反馈网络） |
| PCB 占地面积 | 小 | 中等偏大（受电感尺寸限制） |
| EMI 表现 | 极佳 | 需注意布局、屏蔽、滤波 |
📌 特别提醒：很多人忽略了PSRR vs 开关频率的关系。
LDO 在低频（<1kHz）表现优异，但在 MHz 区间衰减很快；而 DC-DC 的噪声恰恰集中在几百 kHz 到几 MHz。所以如果你前面有个 noisy DC-DC，后面接个普通 LDO 并不能完全滤掉它的开关纹波。
怎么办？答案是：用高 PSRR、宽频带的专用 LDO，或者干脆采用带滤波功能的 hybrid 架构。
实战案例：为什么你的 ADC 总是在“抽搐”？
场景还原
某物联网采集终端，使用 STM32 驱动一路 12-bit ADC 读取温度传感器信号。
系统供电来自锂电池（3.7V），主控内核由 DC-DC 提供 3.3V，ADC 模拟部分也直接取自同一电源轨。
现象：ADC 读数波动剧烈，标准差高达 ±8 LSB，信噪比严重不达标。
根因分析
你以为只是软件没加滤波？错。
用示波器抓一下 ADC 的 AVDD 引脚，你会发现一个 500kHz 左右的周期性纹波，幅度约 20mVpp —— 正是来自 Buck 芯片的开关噪声！
哪怕你用了去耦电容，也无法完全消除这种高频耦合。一旦这个噪声进入参考电压或模拟前端，就会直接污染采样精度。
解决方案：DC-DC + LDO 级联
正确的做法是：
先用 DC-DC 高效降压 → 再用 LDO 给模拟电路精细稳压
Battery (3.7V) └──→ [Buck DC-DC] → 3.3V (数字主电源) └──→ [LDO] → 3.0V (ADC/REF专用电源)这样做的好处：
- 主电源效率依然很高；
- 模拟部分获得“净化”后的电源，纹波被 LDO 抑制；
- 整体系统既省电又精准。
实测效果：采样抖动降低 70% 以上，SNR 提升 6dB+，完全满足设计要求。
这就是典型的“混合供电策略”——不是非此即彼，而是各司其职。
如何科学选型？三个问题帮你决策
面对一个新的项目，别急着翻手册。先问自己这三个问题：
1️⃣ 你更在乎效率还是噪声？
- 如果是电池供电设备（如可穿戴、IoT节点），优先考虑DC-DC；
- 如果是音频、医疗、测量类设备，对电源纯净度要求极高，优先考虑LDO；
- 若两者都要？那就组合使用：DC-DC 主供 + LDO 后级滤波。
2️⃣ 输入输出压差大吗？负载电流高吗？
| 条件 | 推荐方案 |
|---|---|
| Vin - Vout < 0.3V 且 Iload < 100mA | ✅ LDO |
| Vin - Vout > 1V 或 Iload > 100mA | ⚠️ 必须算功耗！建议优先 DC-DC |
| 功耗 $ (Vin-Vout)×I > 0.2W $ | ❌ 慎用 LDO，否则散热成问题 |
记住这条经验法则：当 LDO 功耗超过 200mW，就要认真评估是否该换 DC-DC 了。
3️⃣ PCB 空间和 BOM 成本敏感吗？
- 对小型化产品（如 TWS 耳机、智能戒指），电感往往是瓶颈；
- 此时可以考虑超小型封装的 DC-DC 模块（如 TI 的 TPS62x系列），或选用超低 IQ LDO配合间歇工作模式。
高阶技巧：这些“骚操作”你未必知道
🔧 把 LDO 当作“低成本滤波器”用
有些工程师会在 DC-DC 输出后再串一级 LDO，美其名曰“hybrid regulator”。这招确实有效，但要注意：
- 选高 PSRR、宽带宽的 LDO（如 TPS7A47、LT3045）；
- 注意二级稳压带来的额外压降和效率损失；
- 成本增加，只适用于关键模拟轨道。
🔄 利用数字接口实现动态调压（DVFS）
很多高性能处理器支持动态电压频率调节（DVFS）。这时你就需要用到I²C/SPI 可编程 DC-DC。
举个例子，使用 TI 的 TPS6274x 系列：
#include "i2c_driver.h" #define DCDC_ADDR 0x2A #define VOUT_REG 0x01 void set_core_voltage(float target_v) { uint8_t code = lookup_code_from_voltage(target_v); // 查表获取编码 i2c_write(DCDC_ADDR, VOUT_REG, &code, 1); } // 根据运行模式切换电压 void enter_performance_mode() { set_core_voltage(1.2); // 高性能，1.2V } void enter_low_power_mode() { set_core_voltage(0.9); // 节能模式，0.9V }这种设计能让芯片在不同负载下自动调整供电电压，最大化能效比。
💡 待机模式下的 IQ 优化
对于长期待机设备（如烟感、门磁），静态电流 IQ 至关重要。
推荐策略：
- 主电源 DC-DC 在睡眠时关闭；
- 使用纳安级 IQ 的 LDO（如 TPS7A02，IQ=25nA）维持 RTC 或 MCU 待机电源；
- 唤醒后再开启主 DC-DC。
如此一来，一年待机电流可控制在几微安级别，真正实现“十年免换电池”。
结尾：没有最好的方案，只有最合适的设计
回到最初的问题：LDO 和 DC-DC 到底怎么选？
答案从来不是“哪个更好”，而是：
你在什么场景下，为谁服务，牺牲什么换取什么？
- 要极致安静？选 LDO。
- 要极致效率？选 DC-DC。
- 既要又要？那就分级供电，分工协作。
优秀的电源设计，从来都不是单一器件的胜利，而是系统思维的结果。
下次当你拿起电烙铁前，请先停下来问问自己：
我的系统，到底需要一个“安静的守护者”，还是一个“高效的引擎”？
也许，它需要的是两者的默契配合。
如果你正在做电源架构设计，欢迎在评论区分享你的实际挑战，我们一起探讨最优解。
