1.前言

隨著物聯網 (IoT) 席卷我們的家庭和工作，我們發現越來越多的電器和系統集成了電子設備，讓我們幾乎可以從世界任何地方訪問它們。但是，由于我們的家庭和辦公室中連接了如此多的設備，因此我們要消耗大量的待機功率。我們可以做些什么來使我們的恒溫器、門、鈴鐺、安全系統和電視更高效，同時保持相同的連接完好無損？如果我告訴大家一個簡單的線性穩壓器 (LDO) 可能是答案，大家會相信我嗎？以下是關鍵原因。

2.使用 LDO 提高電源效率

我們生活和工作空間中的許多設計都嚴重依賴傳感器來提供準確的功能。這些傳感器中的許多需要解析度數，檢測少量的化學物質或氣體，并測量極少量的液體。由于效率對傳感至關重要，因此我們需要集成開關模式電源 (SMPS) 以實現高于 80% 的效率。不幸的是，通過集成開關穩壓器，我們會產生外部因素，例如對傳感器功能產生負面影響的電壓擺幅。

通常，我們在 SMPS 的輸出端添加一個 LDO 來解決這個問題。LDO 降低了我們電源設計的整體效率；然而，它使我們能夠保持 70% 的效率，與全線性解決方案相比，這是整體性能的改進，后者將在 10-20% 的范圍內。LDO 還具有電源抑制 (PSR) 功能。PSR 有助于解決功率波動，因此波動不再影響傳感器，因為 LDO 充當濾波器。我們以TPS717 LDO 為例。

圖 1：TPS717電源抑制

由于大多數傳感器集線器和子系統需要低電流，我們可以使用 10mA 負載的情況來分析我們的信號。如果我們假設我們是在2.1MHz的工作中，TPS717  具有過量的PSR 40dB的，這意味著LDO只反映小于100倍比SMPS的紋波。

3.LDO 系統可以消耗非常低的功率

考慮到效率問題，我們現在專注于系統的低功耗方面并降低整體待機功耗。為了計算 LDO 的功耗，我們必須查看輸入和輸出之間的壓降以及 LDO 提供的電流：

盡管我們的 LDO 對整體功耗的影響并不明顯，但許多 LDO，例如LP2951 ，具有關斷功能，可以關閉系統的電流供應。 

圖 2：LP2951 的功能圖

在關斷模式下，系統中的功率損耗僅限于關斷電流：

以LP2951 為例，并以其關斷電流為例，我們可以將功率損耗降低 1,000 倍。

4. 限制LDO電流

LDO 中的電流限制是通過為所提供的電流建立一個上限來定義的。與恒流源不同，LDO 按需提供電流，但也可以控制調節的總功率。電流限制是通過控制 LDO 內部輸出級晶體管的內部電路實現的。請參見圖 1。這是 LDO 的經典限流電路，通常被稱為“磚墻”限流電路，因為一旦達到限制，它就會突然停止電流。在該內部電路中，LDO 測量用于反饋的輸出電壓，但也測量輸出電流相對于內部基準 (I REF )的縮放鏡像。

圖 1：限流內部 LDO 結構

在磚墻電流限制中，上限是定義的，LDO 逐漸提供電流，直到達到限制電流限制。一旦超過電流限制，輸出電壓就不會被調節，而是由負載電路的電阻 (R LOAD ) 和輸出電流限制 (I LIMIT )（公式 1

         (1)

只要熱阻 (θ JA ) 允許在結溫處于可接受范圍內 (T J < 125°C) 的健康功耗，傳輸晶體管將繼續此操作并耗散功率。一旦 V OUT過低并達到熱限制，熱關斷將關閉器件以保護其免受永久性損壞。設備冷卻后，它會重新打開并可以進行調節。這在可能出現短路的情況下尤為重要，因為 LDO 將繼續將 V OUT調節至 0V。

折返電流限制與標準上限非常相似。但折返電流的主要目標是限制總功耗，通過線性降低輸出電流限制而使輸出晶體管保持在其安全功耗限制內，同時 V OUT降低且 V IN保持穩定。

每當可能出現短路或過載等有害情況時，重要的是要防止這種影響傳輸到其他敏感電子設備。受保護的 LDO 可以提供廣泛的功能，可以使任何設計更加穩健。

5.結論

這是否意味著我們可以依靠 LDO 使我們的電源設計更加高效？不是一個人。系統的效率確實受整體設計的影響。但是通過添加正確的 LDO，我們可以確保為我們的設計所依賴的許多傳感器提供干凈的電源軌，并且我們可以確保傳感器僅在需要時消耗功率。