低压差(LDO)调节器提供了一种简单的解决方案，用于管理能量收集设计中的电源电压。随着自身低功耗的特点，LDOs的电源保护和管理能力一度只在更先进的电源管理IC中找到。今天，设计者可以使用模拟设备、线性技术、马克西姆集成电路、Micrel和德克萨斯仪器等可用设备实现复杂的电源供应能力。
对于由能量收集技术供电的设计，工程师可以利用多个调节器拓扑结构来为负载提供干净、良好调节的电压源。复杂的开关稳压器提供高功率效率，同时降压或提升收获电压到所需的水平。例如，在绘制非常低的能量源，例如温度差和RF时，设计者应用升压转换器，以将热电发电机或RF收割机所产生的毫伏范围电压提高到有用的水平。对于非常高能量的太阳能源，降压转换器将多串太阳能电池板的高压输出降低到将电力输送到电网或充电本地电池所需的水平。在这些极端之间，低压差(LDO)调节器提供了设计简单的、低功率的和低噪声的组合，例如由环境能源驱动的传感器或物联网(IOT)节点。
LDO使用简单的拓扑结构，包括误差放大器、电压基准、反馈分压器和传输晶体管(图1)。当通过器件提供输出电流时，误差放大器将反馈电压与参考值进行比较，并控制通晶体管的栅极以将输出电压恢复到调节电平。这种简单的拓扑结构与开关稳压器相比，在适度的成本上提供了合适的调节。
模拟器件的低压差(LDO)调节器图
图1：低压差(LDO)稳压器使用一个简单的反馈回路，通过通晶体管控制电流来调节输出电压。
在固定和可调版本中，LDO是理想的维持调节时，输入电源和输出负载电压相差仅相对较小的余量。与标准线性调节器不同，即使输入电源电压电平非常接近输出负载电压，LDOS也可以继续工作。在输入和输出电平之间的差值-辍学电压-几乎不超过0.1 V，并且在低电流水平上对于高级LDO基本上减少。例如，MICROL MIC538 7 LDO在低电流下具有低几十毫伏的电压差，在宽的温度范围内变化不大(图2)。
MICROL MIC587失稳电压图像
图2：LDOS，如MICROL MIC587表现出非常低的辍学电压，甚至进一步下降，减少输出电流。
在有限功率预算的设计中更关键的是，由这些设备耗散的静态或接地电流可以忽略不计。例如，德克萨斯仪器TPS7933即使在满负荷时也具有典型的仅1.2μA的接地电流，仅随温度变化不大(图3)。
德克萨斯仪器TPS797 33接地电流图像
图3：LDOS，如德克萨斯仪器TPS797 33，具有超低静态或接地电流，以帮助降低由低能量环境源供电的设计中的功耗。
除了自己的电源特性外，高级LDO还为工程师提供了额外的功能，这些功能需要在设计紧凑的电源预算时管理电源。例如，与该类中的其他设备一样，模拟设备ADP2222 LDO提供两个独立的LDO，包括热关断和限流能力(图4)。其内部热关断电路关闭LDO，如果其温度超过指定值，而其限流特性限制其输出电流和功耗水平。
模拟设备ADP22双LDO图的图像
图4：随着保护功能，如热关断和限流，模拟设备ADP22双LDO允许设计者分别启用/禁用每个LDO以更好地控制设计中的功率序列。
随着内部保护的特点，许多LDO还提供了电源管理和测序设计的机制。例如，ADP22的“启用”输入(参见图4)允许设计者从外部控制LDO输出。工程师可以使用这种能力，以确保在复杂的设计中适当的电源启动排序，其中非托管功率初始化可能耗尽可用的能量，并导致电路因功率不足而崩溃。
如果非托管的，当设计无法找到足够的功率来完成功率初始化时，尝试对能量受限的设计供电会导致部分启动和崩溃的持续循环。相反，工程师可以以一系列的方式为组件供电，以满足有限的可用功率的总功率初始化要求。同样，工程师可以找到LDOs，如TI的TPS797 xx系列，包括一个电源良好(PG)输出，用于帮助正确地为MCU等部件(如图5)提供功率。
德克萨斯仪器图像TPS797 18图
图5：LDOS，如德克萨斯仪器TPS797 18和TI TPS797 xx LDO系列的其他部件，其特征在于电源设计良好(PG)输出，直接与微处理器接口，如TI MSP430系列设备。
不同于大多数降压和升压调节器，LDOS的无开关拓扑导致低功率电源和优良的电源抑制比(PSRR)特性。例如，与该类中的许多设备一样，模拟设备ADP22双LDO提供了高PSRR，特别是在较低的频率(图6)。
模拟器件PSRR在宽频率范围内的图像
图6：利用其无开关拓扑，LDOS在宽范围的频率范围内具有高效的电源抑制比(PSRR)。
高PSRR对于向敏感部件(例如传感器或无线设备)提供清洁电源尤其重要，其中电源中的高频噪声会引入错误。这种特性在减少基于开关拓扑的专用能量收集IC产生的输出纹波方面特别有用。例如，设计者可以通过线性LT39LDO通过线性技术LTC3588输出压电能量采集器，以向负载提供清洁的功率。
LDO规则在能量收集设计中的优势是足够强大的，制造商经常在专用设备中集成LDO功能并提供专用LDO电源输出引脚。例如，马克西姆集成的MAX17710能量收集IC在可选择的电压水平上提供LDO调节输出。类似地，与可选择的电压电平的单独输出一起，线性技术LTC3108能量收集IC提供用于微处理器供电的专用的2.2伏LDO输出。
结论
LDO调节器为能量收集设计中的功率管理提供了一种简单、低成本的选择。随着低功耗，这些设备具有功率受限应用中所需的功率管理能力。此外，LDOS可以减少电源电压纹波，从而为敏感器件提供干净的电源。对于设计者来说，可用的LDO设备和具有集成LDO功能的专门的能量采集IC提供了一种简单而强大的替代复杂的电压调节和电源管理设备。