前言

许多便携式设备，消费者电子和楼宇自动化产品现在依靠完全依靠电池供电，设计工程师
越来越多地寻求最大限度地降低功耗以延长电池寿命。便携式血糖监测仪，无线烟雾探测器和智能水表。为了最小化功率消费，这些产品必须花费大部分待机模式下的时间。一种减少整个系统的方法功耗是选择一个设备，最大限度地减少其接地或静态电流 (IQ)。

一、IQ是什么？

LDO 中的 IQ 是什么？数据表列出了三个参数，IQ 、IGND、ISHDN：

• IQ 是指 LDO 在启用时消耗的电流和空载条件。对于 LDO，主要贡献者IQ 是电压基准和误差放大器。

• 接地电流 (IGND) 通常可与 IQ 互换指LDO消耗的相同电流；当 LDO 处于低负载状态时，此消耗为通常在微安范围内。

• 关断电流 (ISHDN) 是当LDO 处于未启用状态，电池仍在连接到系统。

大多数数据表都提到了这些参数，因为大多数系统具有三种运行状态：

• 活动模式是指应用程序的预期负载正在积极执行一项功能或操作。

• 低功耗模式将是一个低负载，通常在范围内微安到纳安，而不是理想的空载状态。

• 关断；在这种状态下唯一的功耗是电池和系统本身的泄漏电流。

了解三个参数之间的差异和三种操作状态使设计人员能够优化它们的电源架构取决于应用。

二、IQ 如何影响 LDO

1.基础

为 IQ 优化系统时，首要考虑因素是 LDO 的实际 IQ 值。必须选择最大限度地减少总 IQ 消耗量的器件以延长系统电池寿命。幸运的是，与LDO，计算 IQ 对系统的贡献有多少
功率损失可以相当简单。等式 1决定了智商和整体实力的关系系统消耗：

以德州仪器 TPS7A05为例：用于调节 1.8V 无线微控制器电源的 LDO来自 3V CR2032 纽扣电池，容量为235毫安。如果微控制器需要一个输出电流活动模式下为 100 μA，TPS7A05 具有 1.3 μA 的 IGND在该负载下，将这些值代入方程式 1 可得出系统功耗PD：

当应用程序切换到低功耗模式时，IQ将在功耗方面发挥更大的作用。继续上一个示例，如果系统进入低功耗模式和 IOUT 变得显着降低 - 2 μA - 使用相同的 LDO（在该负载下 IGND 将下降到 1 μA）的PD为：
在本例中，IQ 代表总功率的 56%消散。这成为一个重要的设计参数大部分时间都处于低功耗状态的应用模式，例如智能电表、热量和烟雾探测器，恒温器和智能手表。

但是产品关闭时的情况呢？正如我前面提到过，唯一要考虑的功耗是来自电池泄漏和系统内的设备。由于 LDO 和其他电源管理设备将未启用，工程师需要在以下情况下使用 ISHDN代替 IQ 确定此状态下的功耗。产品在这种状态下的功耗占主导地位通过 ISHDN 的组合，电池泄漏（取决于关于电池类型和化学成分）和输出电容器泄漏（这取决于制造商和外部状况）。

为了最大限度地减少这种功耗，设计人员以电池的形式实施了一个简单的解决方案隔离选项卡，可防止系统消耗任何电量。此选项卡可实现出色的低排水保质期时钟或恒温器等产品。产品需要使用高耗电量的可充电电池，例如因为智能手机和可穿戴设备永远不会出现由于这种功耗，盒子 100% 充满电现象。这就是为什么制造商完全推荐首次使用前为此类设备充电。

2.压差

IQ 影响 LDO 的另一种方式是 IQ 在引入丢失条件时的行为方式。压差，或更具体地说是压差电压，是指输入电压必须保持在输出电压以上以进行适当调节的最小差分。压差决定了 LDO 在保持输出电压调节的同时工作的效率。输入/输出电压降低至接近压降会使 LDO 和各种其他电路中 FET 栅极的驱动电压达到其工作极限。在压差中，当所有这些内部电路都饱和时，IQ 通常会大幅上升，类似于图 3 所示。现代 LDO 使用更平衡的差分驱动电路来保持合理的 IQ，即使在压差中也是如此。

LDO 以低效电源设备著称，因为它们的效率可以由输出决定，功率除以输入功率（公式 2）：

也可以将 IQ 定义为输入和输出电流（公式 3）：

通过将等式 2 中的输入电流替换为等式 3，你可以看到最小化辍学和IQ的重要性以提高效率。如果输入电压和输出电压在系统中预先确定，效率将得出公式 4，电流效率：

为了达到最高的电流效率，具有尽可能低的 IQ 对于优化功率绝对至关重要。回到前面的例子，TPS7A05 将有源模式下的整体电源效率为 59%在低功耗模式下效率低得多，仅40%，如下页表 1 所示（IGND 代替 IQ因为有负载电流）。选择设备最小的 IGND 将最大限度地提高两种模式下的电流效率，这将有助于提高整体效率并让您满足更严格的功率预算。如果前面的例子有改用 TPS7A02，其固有 IQ 为25 nA 和 250 nA 的 IGND，然后是低功耗模式效率
将增加 19% 至 59%，在增长的推动下在电流效率由于预定的输入和输出电压。这进一步证实了虽然 IGND在活动模式下对参数没有意义，在低功耗模式下考虑它是绝对关键的情况。您还将看到保质期的改善鉴于 ISHDN 为 3 nA，而TPS7A05 ISHDN 为 100 nA。

3.瞬态响应

使用低 IQ 设备进行设计时的最终考虑因素是动态性能，它是指设备的负载或线路瞬态性能。传统上，低IQ LDO 的响应时间相当慢，导致来自负载和线路电压瞬变，带来更大的干扰。作为一般规则，低 IQ LDO 将具有较慢的瞬态响应，因为它需要电流当瞬态充电和放电内部节点
发生。流过内部节点的电流越少，给寄生电容充电的时间越长。

在比较 IQ 差异很小的 LDO 时，您不能假设不同的 LDO 设计会有更好的或更糟糕的瞬态响应，因为它们也会有不同的内部结构可能导致更快或更慢响应时间。 IQ 为 1 mA 的 LDO 将最
当然具有比 LDO 更快的瞬态响应IQ 为 1 μA。使输出电压快速响应以最小的偏差改变负载或线电压是为敏感的模拟和数字负载供电时至关重要，如智能电表、便携式医疗设备、互联网
事物节点或智能手表。这些应用程序花费他们大部分时间处于低功耗模式，这意味着系统必须能够在活动模式和低功耗模式之间快速切换。
负载瞬态响应是输出电压的变化，当负载电流发生变化时。根据LDO，负载瞬态响应可能不同。图 4显示了 TPS7A02 的负载瞬态响应时该设备的负载电流从 1 mA 发生变化在 1 μs 内达到 200 mA。输出电压下降约145 mV，但随后稳定回到标称输出电压在不到 5 μs 内。在图 4 中，请注意期间的过冲负载瞬态的另一侧；这种行为对于 LDO 来说很常见，因为与开关稳压器不同，LDO 没有能够拉动当它上升得太高时，输出会降低。 LDO 的回应时间决定了过冲的大小，但如何输出电压恢复调节所需的时间是由负载决定，它必须对输出电容进行放电。

线路瞬态响应是输出电压的变化当输入电压发生变化时。图 5 显示TPS7A02 的线路瞬态响应时设备经历输入电压从 2.8 V 到 4.8 V 的变化压摆率为 1V/μs。线路瞬变会有所不同，具体取决于在应用程序上，但重要的是压摆率驱动输入电压。一般来说，压摆率越慢，输出电压偏差越小。这种响应在可能经历任何类型输入电压变化的应用中非常重要，例如无人机中的电机驱动。

总结

了解 IQ 和动态性能如何影响LDO 将帮助您选择电源管理设备用于电池供电系统。选择时的第一步电源管理设备是要确定它是否可以根据输入和输出进行调节电压、负载电流和目标 IQ。一旦您知道了这些参数，就可以大致了解基于系统用例的负载配置文件并开始比较，从数据表图表开始。如果您需要额外的台架测量，实际设备和评估模块最终将验证是否是该设备适合您的应用。有关于 LDO 的许多误解，并且知道这些差异将帮助您优化设备选择并最终简化 LDO 设计过程。

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