为可穿带设备和IOT应用而生的超低功耗LDO

超低功耗电子元器件在物联网（IOT）以及消费类产品（Consumer Products）的应用中有着广泛的需求，对超低功耗的追求既是产品节能环保的需求，又是提升客户体验的刚需。

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低压差(Vdropout)代表着稳压器的低功耗，确保向预期负载提供最大功率。对于越来越多的使用电池的便携式设备来说，这一点尤为重要，因为对于这些设备来说，电池应该在未来的几年内一直为设备供电，或者在设备的使用寿命期间不可能更换电池。延长电池寿命已变得至关重要。LDO稳压器具有体积小、成本低、效率高等优点，在此类应用中得到了广泛的应用。随着新技术的发展，现代LDO还具有低静态电流、低输入噪声、宽输入输出电压范围等特点。有些还集成了高级保护功能。

  

  

如上面简化的LOD电路所示，输入电流和电压分别为 I_IN 和V_IN ，这就给出了LDO的输入功率：  P_IN = V_IN x I_IN  . 当设备开启时，它将输出电流I_OUT 和输出电压V_OUT 传送到负载。因此，负载接收的输出功率为P_Out = V_Out x I_Out。在上述简化的LDO稳压器内部电路中，我们发现在输入电压和输出电压之间，唯一与负载串联的元件是这颗LDO内部的P-MOSFET。因此，我们应该假设 I_IN = I_Out

如果输入和输出之间没有电压降（V_IN-V_Out），我们就不会有功率损失，因为 P_Loss = 0 = P_IN – P_{Out  ，}但在现实世界中，V_IN并不等于V_Out。换句话说，我们在输入和输出之间有一个电压降。在LDO的所有应用中，由于通过元件上的电压降，无法消除功率损耗。当我们使用P型器件时，由于我们新工艺的导通电阻R_ON大大降低，电压降可能非常小，V_dropout  = I_Out x R_{ON ；}

当LDO设置为关机模式时，它通过切断负载电流停止向负载供电。在关机模式下，接收关机信号以驱动LOD调节器的内部电路，如时钟发生器和输出放电。关闭模式下LDO的电流消耗称为关闭电流。关机模式下的功率损耗为P_Loss = I_Shdn x V_IN

除上述两种模式外，当LDO启用但没有负载电流提供给负载时，LDO也可以在待机模式下工作。这种模式下的电流消耗称为静态电流。在待机模式下，LDO稳压器仍然需要通过引入少量电流（静态电流）来调节输出电压，以激活内部电路。此模式下的功率损耗为P_Loss = I_Q x V_IN

在了解LDO的工作模式之后，我们可以找到LDO在物联网应用中的最佳用途。物联网应用程序通常以不连续的方式工作，指定上下班循环。在许多应用中，设计者可能不想在等待期间关闭设备。相反，该设备可以切换到睡眠模式，以节省电力，并在需要时被唤醒。在休眠模式下，LDO不工作，但以零负载电流维持输出电压调节。唯一的电流消耗是保持内部电路激活所需的静态电流。对于许多物联网应用，等待期或睡眠模式可能占90%的时间，这意味着我们可以节省90%或更多的电力，如果我们简单地关闭设备在这段时间。如上所述，设备在睡眠模式下的电流消耗是静态电流。由于静态电流在90%以上的时间内是唯一的电流消耗，它对电池寿命的影响成为影响器件性能的主要因素。即使静态电流很小，长期的影响是耗尽电池在一个大大降低率相比，满载电流。

这里，我们以WPMtek的WL9005 LDO为例。假设输入电压V_IN为5V，负载电流为100mA时输出电压V_Out为3.3V，空载静态电流IQ为0.3uA，关断电流I_Shdn为0.1uA。

WL9005在100mA下启动为负载供电时的功率损耗为：

P_Loss = V_dropout x I_Load = (5 – 3.3) x 100mA = 170mW

如果WL9005一直打开，功耗将保持在170mW。对于使用电池作为主要电源的设备来说，这种功耗是相当大的。如果我们在不需要的时候关闭设备，我们可以将电流降到静态电流0.3uA。

P_Loss = V_IN x I_Q = 5V x 0.3uA = 1.5uW

两种功耗之比为113333倍！可以看到通过切断不必要的电力损耗而产生多大功耗差异。由于我们已经证明静态电流对物联网设备的功耗影响最大，因此我们必须了解，选择具有更低静态电流的LDO可以进一步降低功耗。

如果我们进一步关闭LDO，我们可以将电流消耗降低到0.1uA，功率损耗为P_Loss = V_IN x I_Shdn = 5V x 0.1uA = 0.5uW,但请记住，完全关闭LDO可能是不可行的，设备的长开启响应可能会显著影响某些应用程序的性能。

超低电压降的显著优点包括低散热、良好的线路调节、良好的负载调节和低纹波，这些都是物联网设备对电源的要求。LDO稳压器由PNP BJT或PMOS组成。由于P型器件的饱和电压较低，LDO的电压降可以低至100 mv。真正做到超低功耗。

维攀微（WPMtek）把静态功耗做到了极致的超低压差(Vdropout=100mV@100mA)，极致的超低静态电流(IQ=0.3 uA)，从而给可穿戴设备，消费类产品，IOT产品等带来了更省电更好的客户体验。维攀微在高压/低压系列LDO 产品线做了齐全的覆盖，LDO的选型变得方便袖手。