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超低功率开关稳压器

通过克里斯·弗朗西斯|2015年9月16日

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对于微功率的应用,有一些有趣的新设备可以帮助供电电路。我不是在这里考虑能量收集的应用,而是低功率电池操作的设备,例如,你不希望电池在待机时很快耗尽,但仍然需要一些调节电源来唤醒微控制器。如果你只是想要某些东西被关闭,只需要按下按钮就能唤醒,那么这并不是什么大问题,因为调节器也可以被关闭——这个按钮可以重新启动调节器。然而,在一些应用中,你需要保持稳压电源活着,一些电路会定期检查一些参数,如加速度计或射频接收器。在这种情况下,你需要一个调节器,它有一个非常低的运行功率,即使是轻负载和合理的效率。

使用大量的开关稳压器,内部电路可以消耗几毫安,即使什么都不做。其中一些将为调节电压的带隙基准供电,其余的用于其他内部电路,如振荡器。带有几微安备用电流的开关稳压器并不常见,但现在有一些带有亚微安备用电流的稳压器,如德州仪器的TPS62743,模拟设备的ADP5301和线性技术的LTC3388,它们都是降压(降压)稳压器。其中最低的电流是180nA的ADP5301。德州仪器还制造了一个内置电感和输入/输出电容的模块,其封装尺寸为2.9mm x 2.3mm。它们都是同步稳压器,意味着二极管在一个正常的开关稳压器被晶体管取代,以减少与二极管相关的电压降到几个毫伏与晶体管。

Ultra-low-power-switching-regulators

所有三个设备都有可编程输出电压。LTC3388有两个数字引脚来编程电压,给出4个电压和2个不同版本,以增加电压的选择,共8个。ADP5301有一个模拟引脚,用一个电阻来编程输出电压。TPS62743有3个数字电压选择引脚给8个电压。

同步稳压器通常使用晶体管(MOSFET)开关内置于IC而不是外部晶体管。这样做的好处是晶体管的开关速度是集成电路设计的一部分,因此可以采取措施尽量减少开关之间的冲突。这些集成电路的关键电路之一是带隙电压基准,它必须有一个非常低的电流消耗,以实现宣传的静止电流。芯片上的电压参考的一个优点是它不需要驱动外部电路——只需要驱动芯片上的电路。标准带隙基准元件需要有能力驱动一定的电流,从而获得更多的电流。

虽然这些是微功率调节器,一些可以交付0.5A。与ADP5301的500mA和TPS62743的300mA相比,LTC3388只能提供50mA,但LTC3388可以处理高达20V的输入电压。TPS62743和ADP5301是严格的低输入电压器件,但仍然足够锂充电电池。

当负载电流降低时,TPS62743最终达到节电模式,它使用单脉冲通过电感给输出电容充电,然后进入有源但低功率的静止状态。当处于这种状态时,它仍然需要保持参考电压运行,以便它可以检测何时再次切换电感。同样关键的是输出电压检测引脚的非常低的电流漏极,通常是40nA。

ADP5301有点不同,它进入迟滞模式时,负载电流低,所以工作在突发。这使得电流非常低,但也使小电流时的纹波比大电流时高很多(即当不在迟滞模式时)。像TPS62743一样,它有一个非常低的偏置电流反馈引脚——通常是66nA。LTC3388在低电流时也工作在迟滞模式。3.3V输出电压下的ADP5301效率如下图所示为迟滞模式,即低电流。

Ultra-low-power-switching-regulators2

所有三种设备都能够在1µA输出电流和在某些情况下超过50%的效率,所以哪一种最适合您的应用取决于细节,如纹波,输出电流,或输入电压要求或价格。它们都是有助于微功率设计的有趣设备。

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了下:•专家见解,电力电子的技巧,电容器,能量管理+收获,电力供应


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