超低功耗電子元器件在物聯網（IOT）以及消費類產品（Consumer Products）的應用中有著廣泛的需求，對超低功耗的追求既是產品節能環保的需求，又是提升客戶體驗的剛需。

“低功耗”“低壓差”正如其名，是LDO器件最重要的性能指標，總能在規格書中輕易找到它們的參數（Vdropout， IQ）：

  

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低壓差(Vdropout)代表著穩壓器的低功耗，確保向預期負載提供最大功率。對于越來越多的使用電池的便攜式設備來說，這一點尤為重要，因為對于這些設備來說，電池應該在未來的幾年內一直為設備供電，或者在設備的使用壽命期間不可能更換電池。延長電池壽命已變得至關重要。LDO穩壓器具有體積小、成本低、效率高等優點，在此類應用中得到了廣泛的應用。隨著新技術的發展，現代LDO還具有低靜態電流、低輸入噪聲、寬輸入輸出電壓范圍等特點。有些還集成了高級保護功能。

低靜態電流(IQ)，另一個重要的參數，它表示在無負載或輕負載條件下設備的電流消耗。低靜態電流提供了兩倍的優勢。通常，LDO需要在高負載、低負載或空載條件下連續工作，因此，器件的低靜態電流意味著在低負載或空載條件下的低功耗。此外，大多數無線和便攜式設備（如無線傳感器和物聯網節點）都在工作周期內工作，這意味著當負載電流降至零時，它們會在睡眠模式下花費大量時間。對于電池供電的應用，LDO的靜態電流應盡可能小，待機時消耗更少的電池電量，以保持便攜式設備的電池壽命。如下圖的典型應電路， LDO直接接在電池端子，為后面的電路提供穩定Vout輸出。

PMOS型LDO功能框圖及典型應用電路

LDO在物聯網、傳感器節點和醫療設備等需要穩定無噪聲電壓軌的微處理器、FPGA和ADC基準電壓源等領域有著廣泛的應用。在我們開始應用設計LDO之前，我們需了解一下LDO的工作模式。

如上面簡化的LOD電路所示，輸入電流和電壓分別為 I_IN 和V_IN ，這就給出了LDO的輸入功率：  P_IN = V_IN x I_IN  . 當設備開啟時，它將輸出電流I_OUT 和輸出電壓V_OUT 傳送到負載。因此，負載接收的輸出功率為P_Out = V_Out x I_Out。在上述簡化的LDO穩壓器內部電路中，我們發現在輸入電壓和輸出電壓之間，唯一與負載串聯的元件是這顆LDO內部的P-MOSFET。因此，我們應該假設 I_IN = I_Out

如果輸入和輸出之間沒有電壓降（V_IN-V_Out），我們就不會有功率損失，因為 P_Loss = 0 = P_IN – P_{Out  ，}但在現實世界中，V_IN并不等于V_Out。換句話說，我們在輸入和輸出之間有一個電壓降。在LDO的所有應用中，由于通過元件上的電壓降，無法消除功率損耗。當我們使用P型器件時，由于我們新工藝的導通電阻R_ON大大降低，電壓降可能非常小，V_dropout  = I_Out x R_{ON ；}

 

當LDO設置為關機模式時，它通過切斷負載電流停止向負載供電。在關機模式下，接收關機信號以驅動LOD調節器的內部電路，如時鐘發生器和輸出放電。關閉模式下LDO的電流消耗稱為關閉電流。關機模式下的功率損耗為P_Loss = I_Shdn x V_IN

 

除上述兩種模式外，當LDO啟用但沒有負載電流提供給負載時，LDO也可以在待機模式下工作。這種模式下的電流消耗稱為靜態電流。在待機模式下，LDO穩壓器仍然需要通過引入少量電流（靜態電流）來調節輸出電壓，以激活內部電路。此模式下的功率損耗為P_Loss = I_Q x V_IN

在了解LDO的工作模式之后，我們可以找到LDO在物聯網應用中的最佳用途。物聯網應用程序通常以不連續的方式工作，指定上下班循環。在許多應用中，設計者可能不想在等待期間關閉設備。相反，該設備可以切換到睡眠模式，以節省電力，并在需要時被喚醒。在休眠模式下，LDO不工作，但以零負載電流維持輸出電壓調節。唯一的電流消耗是保持內部電路激活所需的靜態電流。對于許多物聯網應用，等待期或睡眠模式可能占90%的時間，這意味著我們可以節省90%或更多的電力，如果我們簡單地關閉設備在這段時間。如上所述，設備在睡眠模式下的電流消耗是靜態電流。由于靜態電流在90%以上的時間內是唯一的電流消耗，它對電池壽命的影響成為影響器件性能的主要因素。即使靜態電流很小，長期的影響是耗盡電池在一個大大降低率相比，滿載電流。

這里，我們以WPMtek的WL9005 LDO為例。假設輸入電壓V_IN為5V，負載電流為100mA時輸出電壓V_Out為3.3V，空載靜態電流IQ為0.3uA，關斷電流I_Shdn為0.1uA。

WL9005在100mA下啟動為負載供電時的功率損耗為：

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

 

如果WL9005一直打開，功耗將保持在170mW。對于使用電池作為主要電源的設備來說，這種功耗是相當大的。如果我們在不需要的時候關閉設備，我們可以將電流降到靜態電流0.3uA。

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

 

兩種功耗之比為113333倍！可以看到通過切斷不必要的電力損耗而產生多大功耗差異。由于我們已經證明靜態電流對物聯網設備的功耗影響最大，因此我們必須了解，選擇具有更低靜態電流的LDO可以進一步降低功耗。

如果我們進一步關閉LDO，我們可以將電流消耗降低到0.1uA，功率損耗為P_Loss = V_IN x I_Shdn = 5V x 0.1uA = 0.5uW,但請記住，完全關閉LDO可能是不可行的，設備的長開啟響應可能會顯著影響某些應用程序的性能。

 

超低電壓降的顯著優點包括低散熱、良好的線路調節、良好的負載調節和低紋波，這些都是物聯網設備對電源的要求。LDO穩壓器由PNP BJT或PMOS組成。由于P型器件的飽和電壓較低，LDO的電壓降可以低至100 mv。真正做到超低功耗。

維攀微（WPMtek）把靜態功耗做到了極致的超低壓差(Vdropout=100mV@100mA)，極致的超低靜態電流(IQ=0.3 uA)，從而給可穿戴設備，消費類產品，IOT產品等帶來了更省電更好的客戶體驗。維攀微在高壓/低壓系列LDO 產品線做了齊全的覆蓋，LDO的選型變得方便袖手。