LDO基礎(chǔ)知識：靜態(tài)電流介紹

1.前言

拿起一個你幾乎沒有使用過的電子設(shè)備，卻發(fā)現(xiàn)電池幾乎或完全沒電了，這有多糟糕？如果我們的設(shè)備只是處于待機或睡眠狀態(tài)，這可能是因為一個很小但至關(guān)重要的規(guī)格：靜態(tài)電流。

2.什么是靜態(tài)電流？

靜止被定義為“不活動或休眠的狀態(tài)或時期”。因此，靜態(tài)電流或 I Q是系統(tǒng)在輕負(fù)載或無負(fù)載的待機模式下消耗的電流。靜態(tài)電流通常與關(guān)斷電流混淆，關(guān)斷電流是設(shè)備關(guān)閉但電池仍連接到系統(tǒng)時消耗的電流。然而，這兩個規(guī)范在任何低電池消耗設(shè)計中都很重要。

靜態(tài)電流適用于大多數(shù)集成電路 (IC) 設(shè)計，其中放大器、升壓和降壓轉(zhuǎn)換器以及低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 在消耗的靜態(tài)電流量中發(fā)揮作用。在這篇博文中，我將重點介紹 LDO，因為它們設(shè)計簡單且易于計算功耗。當(dāng) LDO 完全運行時，公式 1 計算其功耗為：

           (1)

?F或例如，如果需要從4.2V，下降到1.8 V使用與0.05毫安靜態(tài)電流的LDO輸出200mA的電流的，堵塞這些數(shù)字代入等式1次的結(jié)果中功率耗散（P d的）：

Wˉˉ母雞的應(yīng)用切換到待機模式或到輕負(fù)載的情況下，靜態(tài)電流起著消耗的功率更大的作用。繼續(xù)我之前的示例，如果 I OUT顯著降低 – 例如 100 μA – P D變?yōu)椋?/span>

在這個例子中，靜態(tài)電流貢獻(xiàn)了將近 50% 的功耗。

? OU也許會想，“嗯，這不是浪費大的權(quán)力。” 但是那些大部分時間都處于待機或關(guān)機模式的應(yīng)用程序呢？智能手表、健身追蹤器甚至手機上的一些模塊經(jīng)常在這兩種狀態(tài)中度過。不保持顯示器一直運行的健身追蹤器代表輕負(fù)載條件，其中用于調(diào)節(jié)的 LDO 的IQ將在電池壽命中發(fā)揮重要作用。

3.空間限制和電池壽命

隨著消費產(chǎn)品更小、更輕的趨勢不斷發(fā)展，工程師面臨著在保持或延長電池壽命的同時減小尺寸的挑戰(zhàn)。在大多數(shù)情況下，電池是設(shè)計中最大和最重的部分；然而，設(shè)計人員不希望物理縮小電池，因為這會降低電池容量和電池壽命。因此，必須使所有其他板載設(shè)備盡可能小。

我們是否應(yīng)該擔(dān)心會因尺寸而犧牲性能？最簡潔的答案是不。TI 擁有具有峰值功率性能和小尺寸的 LDO，因為低功耗不需要很高的熱阻。TPS7A02 就是一個典型的例子。它擁有 0.65 毫米 x 0.65 毫米晶圓芯片級尺寸和 0.35 毫米間距，可提供 25 nA 的靜態(tài)電流。這不僅是尺寸最小的 LDO 之一，也是市場上I Q最低的器件之一。TPS7A02 還采用 1 mm x 1 mm 小外形無引線 (X2SON) 制造，適合不需要 0.65 mm x 0.65 mm 尺寸的設(shè)計人員。該器件和類似的 LDO 在尺寸和性能方面為我們提供了兩全其美的優(yōu)勢。

如果我們的設(shè)計旨在延長電池壽命，啟用或關(guān)閉引腳是另一種簡單的解決方案。智能手表、健身追蹤器、手機甚至無人機都可以采用這種解決方案來提升電池電量。無人機——在我提到的所有消費電子產(chǎn)品中——在待機模式下花費的時間很少，因為它們通常只在飛行前或飛行后空閑。我們仍然可以通過關(guān)閉連接到飛行不需要的那些模塊的 LDO 來節(jié)省電池壽命。其中一些模塊包括互補金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 圖像傳感器和萬向節(jié)（如圖 1 所示），因為這些模塊僅在用戶想要錄制視頻或拍照時使用。LDO 的關(guān)斷電流（通常為幾百納安）是電池的消耗，它甚至低于 LDO 的靜態(tài)電流。

LDO 也非常適合 CMOS 圖像傳感器和萬向節(jié)，特別是因為這兩個模塊都對噪聲敏感。任何到達(dá)圖像傳感器或云臺的噪音都會影響無人機拍攝的視頻或圖片的質(zhì)量、分辨率和穩(wěn)定性。

我們可以將同樣的想法應(yīng)用于手機的攝像頭，該模塊也不常使用，但仍需要干凈、無噪音的導(dǎo)軌以保持圖像質(zhì)量。

圖 1：無人機模塊的通用框圖

4.結(jié)論

盡管電池壽命在很大程度上取決于運行時的負(fù)載條件，但具有低靜態(tài)電流的 LDO 是一種簡單的解決方案，可幫助提高任何電池驅(qū)動設(shè)備的運行時間。這些小型設(shè)備也不僅限于消費電子產(chǎn)品；它們在樓宇和工廠自動化等工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮著同樣重要的作用。因此，即使設(shè)計人員有時會忽略 I Q和關(guān)斷電流，但他們最終可以使應(yīng)用程序運行多幾秒、幾分鐘、幾小時甚至幾天的時間有所不同。既然我們已經(jīng)了解了靜態(tài)電流的重要性，那么請務(wù)必在功耗計算中始終考慮到它。