通过LDO提高电源实际效率

1.前言

低压差稳压器 (LDO) 因其低噪声和高电源抑制比 (PSRR) 而广受认可。然而，当 LDO 与正确的技术相辅相成时，它们也有助于提高电源效率。您可以通过将低静态电流 LDO 与适当的节能技术（例如动态电压调节 (DVS) 或电源循环）配对来设计低噪声和精益电源。在这篇博文中，我将介绍一些常见的节能技术。

2.DVS 方法

诸如微控制器 (MCU)、MPU 和数字信号处理器 (DPS) 等混合信号处理器在高频处理过程中需要高电源，而在低功耗模式或长睡眠周期中只需要一小部分电源。您可以通过根据需求调整电压供应水平来改善功耗。让我们回顾一下几种流行的 DVS 技术及其各自的技术资源。

· 用于双路、可切换电压电平的 LDO 对。用于降低 MSP430G2553 功耗的线性稳压器电源解决方案参考设计提供的测试数据突出了使用两个电压等级为MSP430G2553等 MCU 供电的优势 MCU，取决于工作频率。图 1 中的框图显示了两个 LP5900 低噪声 LDO，LP5900是一种能够提供150 mA输出电流的LDO。LP5900设备设计用于满足射频和模拟电路的要求，提供低噪声、高PSRR、低静态电流和低线路瞬态响应图。采用新的创新设计技术，LP5900在无噪声旁路电容器的情况下提供一流的设备噪声性能。

· 由来自主机处理器的数字信号控制。数字信号一次使能一个LDO，即当MCU需要工作在更高频率（>1MHz）时，3.3V LDO被使能；在低频 (<1MHz) 操作期间，1.8V 输出被启用，3.3V LDO 被禁用。该参考设计还提到，如果只有一个 EN 信号可用，您可以在其中一个 LDO EN 引脚上实现一个“NOT”布尔逻辑门，一次启用一个 LDO。

图 1：线性稳压器电源解决方案参考设计框图

图 2 中的粉色迹线显示了从 3.3V 电压供应到 1.8V 电压供应的平滑过渡；绿色迹线表示由于 MCU 输入电压变化引起的频率变化。从参考设计用户指南中的测试结果来看，从 400µA 到 200µA 的静态电流节省了 50%；在电池供电的设备中，这代表电池寿命延长数月。

图2 ：MSP430 电源从 1.8V 转换到 3.3V

· 可变输出电压电平。作为动态电压调节电源参考设计的线性稳压器演示了一种 DVS 技术，其中 I 2 C 命令可调节 LP3878-ADJ 可调 LDO 的输出电压。LP3878-ADJ 是一款800mA 可调输出稳压器，设计用 于使需要低至1V 输出电压的应用获得高性能和低噪 声。▲接地引脚电流：800mA 负载下的典型值为 5.5mA；100μA 负载下的典型值为180μA。▲低功耗关断：当SHUTDOWN 引脚拉为低电平 时，LP3878-ADJ 消耗的静态电流不到10μA。

在此特定应用中，输出电压可在 1.2V 至 1.6V 范围内调节，其间有 4mV 步长。图 3 显示了设计的简化框图； TPL0401A I 2 C 数字电位器改变了 LDO 的 ADJ 引脚的反馈电阻，从而改变了 LDO 的输出电压。TPL0401 是一款单通道线性锥形数字电位器，带有128 个抽头位置。 TPL0401A/B 有内部且被连接至GND 的低端子。 可使用 I2C 接口来调节抽头位置。TPL0401 采用 6 引脚 SC-70 封装，具有 -40℃ 至125℃ 额定温度范围。 该器件具有 10kΩ 端到端电阻并可在 2.7V 至 5.5V 的电源电压范围工作。 此类产品被广泛用于为低功率 DDR3 内存设置电压基准。图 4 显示了数字电位器电阻与 LDO 输出电压之间的关系。

图 3：作为动态电压调节电源参考设计框图的线性稳压器

图4 ：TPL0401A 电阻与 LP3878 输出电压

3.超低睡眠模式电流

图 5 是使用超低 IQ LDO 和 Nano Timer延长电池寿命的电源循环参考设计的框图，该设计通过电源循环延长电池寿命。电源循环启用和禁用 LDO 或功率级，通过利用 LDO 和纳米定时器的低待机静态电流来实现极大的节能。系统会定期激活以分析数据、传输数据或执行命令。当微处理器完成该过程时，系统将停用并进入超低 I Q睡眠周期。

图 6 显示了显着的电流差异。在电池的整个生命周期内，这种节省可能意味着数月甚至数年。

图 5：使用超低 IQ LDO 和纳米定时器框图延长电池寿命的电源循环参考设计

图6 ：睡眠模式和活动模式之间的比较

LDO 是低噪声、易于实施的小尺寸电源解决方案的首选。由于它们的低静态电流，它们还可以在使用正确的技术时对电源效率做出积极贡献。