开关电源和LDO电源效率电源链路结构及仿真实验

有不少人首先关注开关电源和LDO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（DC-DC）和LM2941（LDO），都是由15V转成5V。它们的典型电源链路结构及仿真结果分别如下：

TPS5430（DC-DC）（5V-3A输出）

仿真结果：

输入和输出电流如下：

而输入输出电压为：

由功率=V*I，输入电流幅度为3A，占空比为1/3，而输出电流为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）

仿真结果：

输入和输出电流如下：

而输入输出电压如下：

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

LDO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PCB的散热平面较大，如下所示：

看上去LDO电源的效率如果是高压差，大电流输出的情况下是比较难提高的了。那么，开关电源呢？我们直观上知道效率会比较高，从仿真上看开关电源的效率也几乎满格，那其实上呢，开关电源效率有损耗吗，主要会损耗在什么地方呢？