低压差稳压器（LDO）的效率由输入电压与输出电压的比值决定，其核心公式为：

由于LDO通过线性调节（调整内部晶体管的导通电阻）实现稳压，其效率天然低于开关电源（如DC-DC转换器）。若需主动降低LDO效率（例如在测试、仿真或特定应用中模拟低效场景），可通过以下方法实现，同时需注意潜在风险（如过热、性能下降）。

一、提高输入电压（VIN）

原理

在输出电压 VOUT 不变的情况下，增大 VIN 会直接降低效率。

• 效率变化：

• 原效率：VIN=5V, VOUT=3.3V → η=66%

• 调整后：VIN=12V, VOUT=3.3V → η=27.5%

操作方法

1. 修改电源设计：

• 若LDO前级为可调电源（如实验室电源），直接提高输入电压至所需值。

• 示例：将LDO输入从5V改为12V，输出保持3.3V。

2. 注意事项：

• 输入耐压限制：确保 VIN 不超过LDO的最大输入电压（如NCP1117为20V）。

• 过热风险：高输入电压会增大功耗（PLOSS=(VIN−VOUT)×IOUT），需加强散热。

二、降低输出电压（VOUT）

原理

在输入电压 VIN 不变的情况下，减小 VOUT 会降低效率。

• 效率变化：

• 原效率：VIN=5V, VOUT=3.3V → η=66%

• 调整后：VIN=5V, VOUT=1.8V → η=36%

操作方法

1. 选择固定输出LDO：

• 使用输出电压更低的固定LDO（如AP2112-1.8替代AP2112-3.3）。

2. 调整可调输出LDO：

• 修改外部分压电阻比值，降低输出电压（公式：VOUT=VREF×(1+R1/R2)）。

• 示例：将TPS7A4501的输出从3.3V调至1.8V（需重新计算 R1 和 R2）。

3. 注意事项：

• 负载兼容性：确保后级电路支持更低的供电电压（如MCU可能需3.3V而非1.8V）。

• 稳定性：输出电压过低可能影响LDO的环路稳定性，需验证相位裕度。

三、增大负载电流（IOUT）

原理

LDO的功耗与负载电流成正比（PLOSS=(VIN−VOUT)×IOUT）。增大 IOUT 会显著增加功耗，间接降低系统整体效率（若考虑电源转换链路的总效率）。

• 示例：

• VIN=5V, VOUT=3.3V, IOUT=100mA → PLOSS=0.17W

• IOUT 增至1A → PLOSS=1.7W（效率仍为66%，但绝对功耗增加10倍）。

操作方法

1. 增加负载电阻：

• 若后级为电阻性负载（如加热丝），可减小电阻值以增大电流。

2. 并联负载：

• 连接多个相同负载（如并联多个LED），提高总电流。

3. 注意事项：

• LDO电流能力：确保 IOUT 不超过LDO的最大输出电流（如NCP1117为1A）。

• 散热设计：高电流下需散热片或风扇，避免过热保护触发。

四、选择低效率LDO型号

原理

不同LDO的压差（VDROP=VIN−VOUT）和静态电流（IQ）差异显著。选择压差大或静态电流高的型号可主动降低效率。

• 对比示例：

• 高效LDO：TPS7A02（压差<100mV，IQ=25nA）

• 低效LDO：LM7805（压差≥2V，IQ=5mA）

操作方法

1. 替换为传统线性稳压器：

• 使用LM7805、LM317等老式LDO，其压差和静态电流远高于现代低功耗LDO。

2. 选择高静态电流LDO：

• 优先选择 IQ>10μA 的型号（如NCP1117的 IQ=80μA）。

3. 注意事项：

• 性能权衡：低效LDO可能伴随更大的输出噪声和更差的负载调整率。

• 成本：部分低效LDO（如LM7805）价格可能低于现代高效型号。

五、综合方法：模拟极端低效场景

应用场景

在测试或仿真中，需模拟LDO在恶劣条件下的效率表现（如高温、高输入电压、满负载）。

操作步骤

1. 设置输入电压：

• 将 VIN 调至LDO最大耐压的90%（如NCP1117输入20V，测试时用18V）。

2. 设置输出电压：

• 将 VOUT 调至最低支持值（如可调LDO输出1.2V）。

3. 施加满负载：

• 连接电子负载至LDO最大输出电流（如1A）。

4. 监测参数：

• 使用万用表测量 VIN、VOUT、IOUT，计算效率。

• 使用热像仪观察LDO温度，验证散热设计。

六、风险与应对措施

七、总结：降低LDO效率的实用方案

1. 最直接方法：提高输入电压（如从5V升至12V）。

2. 最安全方法：降低输出电压（需确保后级兼容）。

3. 最极端方法：增大负载电流至接近LDO最大值（需散热）。

4. 最彻底方法：替换为低效LDO型号（如LM7805）。

实际应用建议：

• 在测试场景中，优先通过调整输入/输出电压模拟低效，避免硬件损坏。

• 在产品设计中，若需降低效率（如特定散热测试），建议使用可编程电子负载精确控制电流，并搭配温度监控。

• 长期运行中，主动降低LDO效率可能导致可靠性下降，需谨慎评估风险。