低能量水平下的电压转换

本文将介绍一类新的DC-DC转换器,其中一个例子是 LTC3336。它在待机模式下仅消耗约65 nA的电流,非常适合电池供电系统。

转换效率是电源转换器的一个关键特性。用于降压转换的常见开关稳压器(降压转换器)的转换效率通常在85%到95%之间。能达到的效率很大程度上取决于可用电源电压、要生成的相应输出电压以及所需的负载电流。然而,许多应用需要特殊类型的转换效率,对此有特殊的开关稳压器解决方案。这些部署需要针对低输出功率进行优化的转换器。始终在线的电池供电系统在待机模式下需要消耗的电流量通常非常低。实例包括测量桥梁振动或检测森林火灾的传感器。在此类情况下,重要的是长时间保持低电量放电。这一特性在依赖能量采集器作为能源的系统中尤为重要。

这种传感器通常还通过无线电连接到其他设备。通常通过能量采集方式或电池供电的单个节点被链接起来,以跨越多个节点和长距离传输信号。这些单独的无线电节点必须始终以一种“睡眠模式”监听信号,当相应的信号出现时,它便切换到能耗较高的工作模式并传播相应的信号。

图1. 一个带有传感器的系统,为传感器持续供电的能量很低——例如,能够检测森林火灾的传感器

LTC3336代表了一类新的DC-DC转换器。当产生输出电压且输出端有低负载时,它在待机模式下仅消耗约65 nA的电流。图2显示了一个紧凑的电路例子,它从大约7 V的VIN产生2.5 V的输出电压。

图2. 静态电流仅65 nA的LTC3336降压型转换器产生2.5 V的输出电压

此类电压转换器通常情况下其输出电压不是通过电阻分压器设置的,否则会浪费太多的能量。为了能够设置不同的输出电压,使用引脚OUT0到OUT3。根据这些引脚的接线,输出电压可以步进方式在1.2 V和5 V之间设置。

在许多能量采集应用中,必须保护能源免受过大电流负载的影响。有些电池或采集器只能提供有限的电流。如果超过这个特定的限流值,电压会下降,或者在某些情况下,甚至会发生损坏。因此,限制电源转换器的电流消耗是有意义的。LTC3336能以10 mA到300 mA的可调步长限制输入电流。此输入电流限制类似于输出电压,因为它可以通过IPK0和IPK1引脚的适当接线来设置。

图3中的效率曲线显示了输出电流非常低(如1 µA)时可以达到的效率。这就节省了大量能量,尤其是在长时间工作和低负载的应用中。

图3. 即使负载电流仅为1 µA,从7.2 V到2.5 V的电源转换效率也达到了大约70%

结语

本文说明,LTC3336在待机模式下仅消耗65 nA的电流,因而是电池供电系统的出色选择。这意味着,电池大小固定的电路可以工作更长时间,或者能量采集器可以设计得更小,因而成本更低。

作者

Frederik Dostal

Frederik Dostal

Frederik Dostal是一名拥有20多年行业经验的电源管理专家。他曾就读于德国埃尔兰根大学微电子学专业并于2001年加入National Semiconductor公司,担任现场应用工程师,帮助客户在项目中实施电源管理解决方案,积累了丰富的经验。在此期间,他还在美国亚利桑那州凤凰城工作了4年,担任应用工程师,负责开关模式电源产品。他于2009年加入ADI公司,先后担任多个产品线和欧洲技术支持职位,具备广泛的设计和应用知识,目前担任电源管理专家。Frederik在ADI的德国慕尼黑分公司工作。