使用 LDO 降低系统的功耗

1、前言

低压差稳压器 (LDO) 可在输出电压非常接近电源电压时用作直流线性稳压器，这是降低 LDO 功耗的重要因素。这种能力是线性稳压器和 LDO 之间的主要区别。“Low-dropout”是不言自明的；但是，实施 LDO 还可以使设计尺寸和性能受益。

2、什么是LDO低压差线性稳压器

首先来了解什么是线性稳压器，这是一种晶体管运行在线性区时候，使输入电压与输出电压有一个压差，就拿我们熟悉的LM7805来说，这是传统的线性稳压器，这种稳压芯片要求求输入电压至少要比输出电压高2V左右，否则不能正常输出；而LDO低压差线性稳压器只不过是把这个压差进一步降低，比如WIFI无线模块需要3.3V，只有输入5V时候，这个压差只有1.7V左右，用普通的线性稳压器不能实现，那么就要考虑使用LDO低压差线性稳压器，这时候LDO应运而生

3、LDO低压差线性稳压器特点

既然是作为低压差稳压器，那么首先第一个特点就是极低的输入输出电压差，

其次它还具有电压输出稳定、噪声小、纹波小、体积小、外围电路简单等。在设计电路时候如果用到LDO稳压器，一般需要至少考虑四个因素：静态电流、输入输出压差、噪声以及纹波抑制比。

①静态电流IQ：IQ是低压差线性稳压器的一种重要设计参数，可以理解为没有信号输出情况下IC本身消耗的电流，现在产品越来与趋向于小型化，同时要求功耗更低，像STM32这样高性能芯片，其功耗可低至2μA。基于此，很多便携式电子产品，特别是带电池类产品都喜欢用低功耗的LDO产品，因为待机功耗小，使用时间也就长；

②输入输出压差VDROP：LDO要求输入电压要稍大于输出电压，即VDROP=Vin - Vout，这个差值不能太大，要不然稳压精度会受到影响，可以看出LDO只能降压而不能升压；

③噪声：噪声其实是一个统称，是衡量一款电源产品优秀的重要参考因素，它里面包含耦合、谐振等；

④纹波抑制比：电源变化量与输出变化量的比值，是输出信号受电源影响比值，反映LDO抑制信号源的能力。

LDO 相对于 DC/DC 稳压器的一个显着优势是不存在开关噪声。事实证明，这种优势对于涉及输出电压纹波的应用至关重要，这些纹波可能会影响传感器、定时器和控制器等设备的精度。LDO 的另一个关键特性是静态电流 I Q。不需要持续运行的应用应具有低 I Q以最大限度地减少空闲期间的功耗。图 1 是相关的 TI Designs 参考设计、工业应用 LDO 稳压器后 AC/DC 整流器纹波清除器参考设计 (TID-00896) 的框图。

许多工业应用要求微控制器单元 (MCU) 在操作未运行时处于睡眠模式，以减少电池消耗。图 1 是由 LDO 滤波的隔离式 AC 到 DC 整流信号的概念框图。蓝色块表示需要这种低 I Q电源管理设计的应用的可变性，以便在 MCU 处于睡眠模式时降低功耗。 

图 1：TIDA-00896 高级框图

图 2 显示了 TI LM2936在 100µA 负载下具有15µA 超低 I Q。请注意输入电压上升时 LM2936 支持的低 I Q的线性度。这一特性使 LM2936 成为电池供电系统的最佳选择，因为它在待机模式下 始终保持低 I Q。

图 2：LM2936 的I Q

LDO 在工业应用中的另一个重要特性是宽输入电压 (V IN ) 范围。LM2936 具有宽 V IN范围和 40V 的最大工作电压限制，这对于在输入处具有急性瞬态的应用至关重要。

电源抑制比 (PSRR) 可阻止电源产生的有害噪声。图 3 说明 LM2936 的 PSRR 从低频一直到 10kHz 都稳定在 60dB。此功能对于运动探测器、智能电表和烟雾探测器等对噪声敏感的应用非常重要。 

图 3：LM2936 的 PSRR

与医疗和测试与测量设备等应用中使用的其他设备相比，噪声可能是选择 LDO 的决定性因素。驱动对噪声敏感的终端设备的两个关键组件是 PSRR 和输出电压噪声；LP38798 提供高 PSRR 和超低输出电压噪声。表 1 突出显示了 LP38798 的 PSRR 和输出电压噪声值。

表 1：LP38798 的 PSRR 和输出电压噪声 

有许多应用，特别是工业应用，需要待机时间以最大限度地降低功耗，在整个系统不需要处于开启状态的时间使用更少的功率。通常，这些应用可以由电池供电，因此，节省电力将提高效率并最终延长电池寿命。因此，在设计需要在低额定功率下获得最佳性能的系统时，实施 LDO 为需要频繁待机时间的设备供电可以节省功耗。