LDO Switch电源管理：低功耗设备设计案例

LDO与Switch电源管理：低功耗设备设计案例

1. LDO与Switch电源拓扑对比

LDO（低压差线性稳压器）和Switch（开关稳压器）是两种主流的电源管理方案：
– LDO优势：纹波小（<1mV）、噪声低、响应快
– Switch优势：效率高（可达95%）、支持升降压
– 关键选择指标：静态电流（IQ）直接影响待机功耗，LDO通常为μA级，Switch可达nA级

2. 低功耗设计核心策略

重点内容：物联网终端设备常采用“LDO+Switch”混合架构：
– 主控MCU供电：选用TPS7A02 LDO（IQ=25nA）
– 传感器供电：采用TPS62840 Switch（IQ=60nA）
– 无线模块：配合TPS22916负载开关实现动态关断

3. 实际案例：智能温湿度记录仪

3.1 系统架构

– 主控：STM32U5（工作电压1.8V）
– 传感器：SHT40（3.3V供电）
– 无线模块：BLE 5.2（峰值电流15mA）

3.2 电源方案

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graph TD
A[3.7V锂电池] –> B(TPS61099 Boost)
B –> C{TPS7A4701 LDO}
B –> D(TPS62840 Buck)
C –> E[STM32U5]
D –> F[SHT40]
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关键参数优化：
1. 静态功耗：整体休眠电流<1μA（LDO IQ=450nA）
2. 效率曲线：Switch在10μA负载时仍保持>80%效率
3. 瞬态响应：LDO在MCU唤醒时提供<100ns响应

3.3 实测数据

| 工作模式 | 平均电流 | 电源方案贡献 |
|—————-|———-|————–|
| 深度休眠 | 0.8μA | LDO占92% |
| 传感器采样 | 1.2mA | Switch主导 |
| 无线传输 | 12mA | 双电源协同 |

4. 设计经验总结

重点内容：
1. 动态电压调节：采用ADP5350等PMIC实现多电压域管理
2. PCB布局要点：
– LDO输入/输出电容需<5mm间距
– Switch的SW节点面积需最小化
3. 认证考量：满足IEC62368-1安规要求时，需注意LDO的短路保护特性

最新趋势：TI的TPS7A94等NanoIQ系列LDO已实现300nA IQ同时支持100mA负载，正在取代传统方案。