采用具有低靜態(tài)電流 (Iq) 的線性低壓差穩(wěn)壓器 (LDO)，雖然可以延長(zhǎng)可穿戴設(shè)備和無線物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備的電池壽命，但存在性能權(quán)衡問題，具體包括瞬態(tài)響應(yīng)、噪聲性能和輸出功率范圍。此外，靜態(tài)電流有時(shí)與關(guān)斷或禁用電流 (Id) 相混淆。這是兩種不同的電流，且需要在二者之間取得平衡。當(dāng)然，如果整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒有針對(duì)低功耗運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，單純優(yōu)化 Iq 和 Id 是沒有多大用處的。
在本文中，我們將區(qū)分 Iq 和 Id，并簡(jiǎn)要討論每種電流對(duì)功率耗散的影響。然后，我們將回顧其中的幾種性能權(quán)衡，最后介紹 Microchip 和 Texas Instruments 的一些典型 LDO 以及演示板。
靜態(tài)和關(guān)斷之間的區(qū)別
準(zhǔn)備就緒就是靜態(tài)和關(guān)斷之間的區(qū)別。靜態(tài)下，系統(tǒng)處于低功耗、激活狀態(tài)，可隨時(shí)投入運(yùn)行。關(guān)斷期間（有時(shí)被稱為禁用模式），系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，不能立即運(yùn)行。這種區(qū)別在電池供電型系統(tǒng)中特別重要，如無線鎖會(huì)長(zhǎng)時(shí)間（通常 >99% 的時(shí)間）處于待機(jī)狀態(tài)，并且其待機(jī)和激活電流消耗之間的差異很大（圖 1）。靜態(tài)電流可用于計(jì)算輕負(fù)載下的功率，而關(guān)斷電流可用于確定電池的長(zhǎng)期壽命。
圖 1：對(duì)于許多諸如無線鎖之類的無線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說，其激活和待機(jī)狀態(tài)下的電流消耗存在很大差異。（圖片來源：Texas Instruments）
在 LDO 等設(shè)備中，Iq 和 Id 之間可能存在很大差異。例如，LDO 的 Iq 為 25 nA，Id 為 3 nA。另一種情況下，LDO 的 Iq 為 0.6 μA，Id 為 0.01 μA。當(dāng)然，事情并非如此簡(jiǎn)單：
· 工作溫度會(huì)影響 Iq 和 Id。對(duì)于長(zhǎng)期在較高溫度下使用的器件，這可能是一個(gè)重要考慮因素。
· 低 Iq 器件對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)載變化的響應(yīng)時(shí)間可能會(huì)更長(zhǎng)。這個(gè)因素在不同的 LDO 之間變化很大。
· 低 Iq 器件可能會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部噪聲，這在噪聲敏感型應(yīng)用中可能是重要考慮因素。
· 即使是 LDO 也會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，因此在布局和熱管理方面必須遵循數(shù)據(jù)手冊(cè)中的指導(dǎo)原則。否則，Iq 和 Id 的性能可能會(huì)受影響。
· Iq 最低不一定是最好的選擇。如果 Iq 和導(dǎo)通電流消耗之間的差異大于兩個(gè)數(shù)量級(jí)，則成本較低、Iq 較高的 LDO 可能是不錯(cuò)的選擇。
150 mA 低 Iq LDO 和演示板
在設(shè)計(jì)使用單個(gè)鋰離子電池的系統(tǒng)時(shí)，如果需要一個(gè)額定輸入電壓為 1.4 V 至 6.0 V、輸出電流高達(dá) 150 mA 的 LDO，則可以考慮諸如 Microchip Technology 提供的 MCP1711 等 LDO 器件。該器件的典型 Iq 為 0.6 μA，Id 為 0.01 μA。啟用關(guān)斷模式時(shí)，輸出電容通過 MCP1711 中的專用開關(guān)放電，以迅速將輸出電壓降為零。MCP1711 的環(huán)境工作溫度范圍為 -40℃ 至 +85℃。
為了探索 MCP1711 在很寬的輸入電壓和負(fù)載范圍內(nèi)的工作情況，設(shè)計(jì)者可使用 ADM00672 演示板，其中包括兩種電壓和兩種封裝選擇。
· 1.8 Vout，輸入范圍為 3.2 V 至 6.0 V，采用五引線 SOT-23 封裝
· 3.3 Vout，輸入范圍為 4.0 V 至 6.0 V，采用四引線 1x1 UQFN 封裝。
該演示板包含兩個(gè)可獨(dú)立測(cè)試的隔離電路（圖 2）。
圖 2：MCP1711 演示板包括兩個(gè)獨(dú)立電路，分別提供 1.8 V（頂部）和 3.3 V 電壓（底部）。（圖片來源：Microchip Technology）
快速瞬態(tài)響應(yīng)和低 Iq
如果快速瞬態(tài)響應(yīng)和低 Iq 對(duì)系統(tǒng)有益，則設(shè)計(jì)者可采用 Texas Instruments 的 TPS7A02。該器件的額定電流為 200 mA，Iq 為 25 nA，Id 為 3 nA。該器件支持 0.8 V 至 5.0 V 輸出電壓，可按 50 mV 步長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)定。該 LDO 的典型瞬態(tài)響應(yīng)少于為 10 μs 建立時(shí)間，且對(duì)于從 1 mA 到 50 mA 的階梯式負(fù)載變化，有 100 mV 下沖。如圖 3 所示，其響應(yīng)特性在負(fù)載增加和減少時(shí)不同。TPS7A02 的指定結(jié)溫為 -40°C 至 +125℃。
圖 3：TPS7A02 的動(dòng)態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性在負(fù)載增加（左）和減少（右）時(shí)有所不同。（圖片來源：Texas Instruments）
結(jié)語
Iq 是在設(shè)計(jì)長(zhǎng)電池壽命時(shí)需要考慮的一個(gè)重要參數(shù)，但只是需要考慮的幾個(gè)因素之一。根據(jù)器件的工作狀況和功耗模式，Id 同樣是重要考慮因素。有諸如工作溫度等多種因素會(huì)影響 Iq 和 Id，并且這兩個(gè)值有一個(gè)最佳范圍。小并非總是好事。 |
