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)在輕負載或無負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 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母雞的應用切換到待機模式或到輕負載的情況下，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。

我們是否應該擔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，那么請務必在功耗計算中始終考慮到它。