APPLICATION NOTE 超低功耗 LDO 线性稳压器 上海英联电子科技有限公司 杨永华 徐宁 一、前言 在智能终端高速发展的今天，如何延长电池的使用寿命就成为了电子设计人员的重要课题。 目前市面上的 MCU 等处理器处于休眠模式时，功耗可以达到 1uA 以内。由于设备大部分时间处 于休眠状态，因此线性稳压器 LDO 的静态工作电流就决定了电池的使用寿命。 上海英联电子推出了 UM153XX、UM154XX 系列超低静态工作电流的 LDO，其典型值仅有 1.2uA （Vin=5V）。适用于穿戴式产品、便携式产品以及需要备份电池供电的设备，可以有效延长电 池使用寿命。 二、UM153XX、UM154XX 的重要参数 英联的 UM153XX、154XX 系列是超低静态工作电流的电压稳压器(其原理框图见图 1),可使用 1μF 以上的陶瓷电容器作为输出电容。输入电压范围：2.2V～5.5V，输出电压范围为 1.3V～5V。 图 1 超低静态工作电流 LDO 的原理框图 UM153XX 系列提供两种封装供客户选择，SOT23-3、SOT89-3，与市面同类型芯片兼容。UM154XX 系列带有使能管脚，封装为 SOT23-5。，其主要参数如表 1 所示： 表 1 特性参数表 Symbol Parameter Test conditions Min Typ Max Unit VIN Input Voltage Range 2.2 5.5 V VOUT Output Voltage Range 1.3 5.0 V IQ Quiescent Current 3 μA △VOUT Load Regulation IENH Enable High Current VIN=VOUT+1V(VIN≥3V), 1mA≤IOUT≤100mA VEN=5.5V IENL Enable Low Current VEN=0V IOUT Output Current ILIIMT Current Limit IOUT=0mA,VIN=5.0V 1.2 10 mV 1 μA 1 μA VIN≥3V 100 mA VIN≥3.5V 200 mA 300 mA 1、静态电流 Iq ________________________________________________________________________ http://www.union-ic.com 1/4 APPLICATION NOTE 静态电流为输出电流与输如电流的差，LDO 的效率与输入、输出电压和静态工作电流有关。 效率可由以下公式算出： V I 效率 100% I I V 由公式可看出，当 LDO 处于轻负载情况下，静态电流就显得尤为重要，Iq 值越小，效率越 高。图 2 为 UM153XX 系列 LDO 的 Iq 值在不同输入电压情况下与同类低功耗 LDO 的对比，由图 2 可看出，UM153XX 在低压供电情况下，有明显的优势。 Supply Current vs. Input Voltage Supply Current (uA) 15 12 9 UM153XX 其它产品 6 3 0 2.2 2.6 3 3.4 3.8 4.2 4.6 5 图 2 静态工作电流随输入电压变化图 2、动态负载调整（△VOUT） 当输入电压一定时，输出电压随负载电流的变化而产生的变化量。只要负载电流变化缓慢， 大多数 LDO 都能轻松地保持输出电压接近恒定不变。然而，当负载电流快速改变时，输出电压 也将随之改变。当负载电流发生变化时，输出电压的改变量决定负载瞬态性能。当负载电流由 1mA 瞬时变为 100mA 时，UM153XX 系列 LDO 的输出电压变化量仅为 10mV。 图 3 负载瞬态响应 3、压差（△VDO） 压差可表示为Vdrop，是指保持电压稳定所需的输入电压与输出电压之间的最小差值。当输 入电压下降到一定程度时，输出电压将不能维持在一恒定值。其具体算法如下： 输入电压为VIN = VOUT(s)＋1.0 V时的输出电压值为VOUT3，缓慢降低输入电压（VIN），当 输出电压降至为VOUT3的98%时，此时的输入电压（VIN1）与输出电压的差即为输入输出电压差： Vdrop = VIN1－（VOUT3×0.98） 压差应尽可能小，以使功耗最小，效率最高。负载电流和结点温度会影响这个压差。最大 ________________________________________________________________________ http://www.union-ic.com 2/4 APPLICATION NOTE 压差值应在整个工作温度范围和负载电流条件下加以规定。在非调整区域，Vdrop的值呈线性变 化，图4为UM15333的压差随输出电流变化的曲线图。 图4 Vdrop 曲线图 4、过载电流保护 UM153XX系列LDO为了保护输出晶体管免受过大的输出电流，以及VOUT管脚—GND管脚之间短 路的影响，内置了过载电流保护电路。最大限流300mA，负载电流小于限流时，输出电压即可恢 复为正常值。 三、应用注意事项： 1、电容的选择： 输出电容及其等效串联电阻 ESR，将影响环路稳定性和对负载电流瞬态变化的响应性能。为 了确保输出的稳定性，如果使用 1μF 输出电容，请尽量选用 ESR 值为 0.3Ω 或以下的，推荐 X7R 或 X5R 陶瓷电容。另外，LDO 要求使用输入和输出电容来滤除噪声和控制负载瞬态变化，输入电 容器因应用电路的不同所需要的容值也不同。电容值越大，LDO 的瞬态响应性能越好，缺点是会 延长启动时间。在电源的阻抗偏高的情况下，当 IC 的输入端未接电容或所接电容值很小时，会 发生振荡，请加以注意。 2、封装的选择： SOT23-3 的最大额定功率为 0.4W，SOT89-3 的最大额定功率为 1W，SOT23-5 的最大额定功率 为 0.6W。请注意输入、输出电压以及负载电流的使用条件，避免 IC 内的功耗超过封装的容许功 耗。 3、PCB 布线： 重点要考虑噪声、纹波和散热问题，尽可能将输出电容（CL）接在 VOUT-VSS 管脚的附近， 将输入电容（CIN）接在 VIN-VSS 管脚的附近，LDO 和电容要使用同一铜层铺地，尽量增加地面 积。 ________________________________________________________________________ http://www.union-ic.com 3/4 APPLICATION NOTE 2 2 1 1 1 2 1 6 2 0 1 5 2 3 4 1 3 1 0 6 5 4 2 1 0 0 推荐 Layout 不推荐的 Layout 图3 PCB 布线设计 ________________________________________________________________________ http://www.union-ic.com 4/4