知道低Iq LDO对于可穿戴设备实现长电池寿命有多重要么？
发布日期:2022-10-30
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采用具有低静态电流 (Iq) 的线性低压差稳压器 (LDO)，虽然可以延长可穿戴设备和无线物联网 (IoT) 设备的电池寿命，但存在性能权衡问题，具体包括瞬态响应、噪声性能和输出功率范围。此外，静态电流有时与关断或禁用电流 (Id) 相混淆。这是两种不同的电流，且需要在二者之间取得平衡。当然，如果整个系统设计没有针对低功耗运行进行优化，单纯优化 Iq 和 Id 是没有多大用处的。
在本文中，我们将区分 Iq 和 Id，并简要讨论每种电流对功率耗散的影响。然后，我们将回顾其中的几种性能权衡，最后介绍 Microchip 和 Texas Instruments 的一些典型 LDO 以及演示板。
静态和关断之间的区别
准备就绪就是静态和关断之间的区别。静态下，系统处于低功耗、激活状态，可随时投入运行。关断期间（有时被称为禁用模式），系统处于睡眠状态，不能立即运行。这种区别在电池供电型系统中特别重要，如无线锁会长时间（通常 >99% 的时间）处于待机状态，并且其待机和激活电流消耗之间的差异很大（图 1）。静态电流可用于计算轻负载下的功率，而关断电流可用于确定电池的长期寿命。
图 1：对于许多诸如无线锁之类的无线物联网设备来说，其激活和待机状态下的电流消耗存在很大差异。（图片来源：Texas Instruments）
在 LDO 等设备中，Iq 和 Id 之间可能存在很大差异。例如，LDO 的 Iq 为 25 nA，Id 为 3 nA。另一种情况下，LDO 的 Iq 为 0.6 μA，Id 为 0.01 μA。当然，事情并非如此简单：
· 工作温度会影响 Iq 和 Id。对于长期在较高温度下使用的器件，这可能是一个重要考虑因素。
· 低 Iq 器件对动态负载变化的响应时间可能会更长。这个因素在不同的 LDO 之间变化很大。
· 低 Iq 器件可能会产生内部噪声，这在噪声敏感型应用中可能是重要考虑因素。
· 即使是 LDO 也会严重发热，因此在布局和热管理方面必须遵循数据手册中的指导原则。否则，Iq 和 Id 的性能可能会受影响。
· Iq 最低不一定是最好的选择。如果 Iq 和导通电流消耗之间的差异大于两个数量级，则成本较低、Iq 较高的 LDO 可能是不错的选择。
150 mA 低 Iq LDO 和演示板
在设计使用单个锂离子电池的系统时，如果需要一个额定输入电压为 1.4 V 至 6.0 V、输出电流高达 150 mA 的 LDO，则可以考虑诸如 Microchip Technology 提供的 MCP1711 等 LDO 器件。该器件的典型 Iq 为 0.6 μA，Id 为 0.01 μA。启用关断模式时，输出电容通过 MCP1711 中的专用开关放电，以迅速将输出电压降为零。MCP1711 的环境工作温度范围为 -40℃ 至 +85℃。
为了探索 MCP1711 在很宽的输入电压和负载范围内的工作情况，设计者可使用 ADM00672 演示板，其中包括两种电压和两种封装选择。
· 1.8 Vout，输入范围为 3.2 V 至 6.0 V，采用五引线 SOT-23 封装
· 3.3 Vout，输入范围为 4.0 V 至 6.0 V，采用四引线 1x1 UQFN 封装。
该演示板包含两个可独立测试的隔离电路（图 2）。
图 2：MCP1711 演示板包括两个独立电路，分别提供 1.8 V（顶部）和 3.3 V 电压（底部）。（图片来源：Microchip Technology）
快速瞬态响应和低 Iq
如果快速瞬态响应和低 Iq 对系统有益，则设计者可采用 Texas Instruments 的 TPS7A02。该器件的额定电流为 200 mA，Iq 为 25 nA，Id 为 3 nA。该器件支持 0.8 V 至 5.0 V 输出电压，可按 50 mV 步长进行设定。该 LDO 的典型瞬态响应少于为 10 μs 建立时间，且对于从 1 mA 到 50 mA 的阶梯式负载变化，有 100 mV 下冲。如图 3 所示，其响应特性在负载增加和减少时不同。TPS7A02 的指定结温为 -40°C 至 +125℃。
图 3：TPS7A02 的动态负载响应特性在负载增加（左）和减少（右）时有所不同。（图片来源：Texas Instruments）
结语
Iq 是在设计长电池寿命时需要考虑的一个重要参数，但只是需要考虑的几个因素之一。根据器件的工作状况和功耗模式，Id 同样是重要考虑因素。有诸如工作温度等多种因素会影响 Iq 和 Id，并且这两个值有一个最佳范围。小并非总是好事。
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