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用于轻负载应用的超低静态电流DC/DC转换器

来源:analog 发布时间:2024-01-18

摘要: 在需要稳压电源的轻负载电池应用中,DC/DC转换器产生的静态电流可以代表电池平均电流损耗的很大一部分。

在需要稳压电源的轻负载电池应用中,DC/DC转换器产生的静态电流可以代表电池平均电流损耗的很大一部分。在这种应用中,最小化DC/DC转换器的静态电流成为主要目标,因为这会延长电池寿命和/或增加电路其余部分的功率预算。以下两个电路提供可调节的升压和降压DC/DC转换,并消耗极低的静态电流。

I(Q) = 12μA的2-Cell到5V转换

图1中的电路从2V到5V的输入产生一个稳压的5V输出,仅消耗12μA(典型)的电源电流。LTC1516是一款充电泵DC/DC转换器,使用突发模式 操作提供稳压5V输出。


图1所示 稳压5V输出从2V到5V输入。

该电路通过在输出调节时禁用内部电荷泵来实现超低静态电流。只有当输出负载迫使C(OUT)上的电压下降约80mV时,电荷泵才启用。然后使用外部电容器C1和c2将电荷从V(IN)转移到V(OUT),直到输出恢复到调节状态。这种调节方法在输出端产生大约100mV的电压。

该电路能够提供高达50mA的输出电流(V(IN)≥3V)。如图2所示,当负载电流低至50μA时,典型效率超过70%。


图2 效率vs输出电流。

LTC1516的低静态电流可以使5V电源无需关闭,因为12μ a的静态电流低于许多电池的自放电电流。然而,该部件还配备了1μA的关闭模式,以额外节省电力。

超低静态电流(I(Q) <5μ)监管供给

LTC1516包含一个内部电阻分压器,仅从V(OUT)提取1.5μA (typp)。在空载条件下,内部负载在V(OUT)上造成的下降速率仅为150mv / s, COUT = 10μF。向SHDN引脚施加5Hz至100Hz, 95%至98%占空比的信号,可确保图1中的电路在空载或低负载条件下频繁地出闸以保持调节。由于器件几乎所有时间都处于关机状态,因此空载静态电流(见图4)大约等于(V(OUT))(1.5μA)/(V(in))(效率)。


图3 用于超低静态电流供应的SHDN引脚波形。


图4 空载ICC vs输入电压低智商模式。

LTC1516必须至少保持200μs的不关机时间,以便有足够的时间来感知输出并保持其处于调节状态。随着V(OUT)负载电流的增加,也必须增加关机部分的频率,以防止V(OUT)在OFF阶段下降到4.8V以下。SHDN引脚上的100hz 98%占空比信号确保负载电流高达100μA时的适当调节。当负载电流大于100μA时,必须像正常工作时一样将shdn引脚强制为低电平。该电路在v (IN) = 3V时,典型的空载电源电流仅为3.2μA。

微功率LDO稳压器功耗<5μA

图5所示的微功率线性稳压器以小于5μ的静态电流提供3.3V的稳压输出。在如此低的工作电流下,标准9V碱性电池可以为该调节器供电10年。


图5 微功率LDO稳压器。

电路操作非常简单。LTC1440的内部参考连接到反馈比较器的一个输入。由r2和R3组成的反馈分压器建立输出电压。比较器输出使能由q1、Q2、R1、R4组成的电流源。当LTC1440的输出低时,Q1导通,允许电流给输出电容C4充电。由R4、Q1和q2形成的局部反馈形成从V(IN)到C4的恒流源。

峰值充电电流由R4和Q2的V(BE)设定,在输出短路到地的情况下也提供电流限制。如图5所示,稳压器保证提供至少10mA的输出电流,输入低至4.8V(即从完全放电的9V电池)。

因为调节器实现了一个滞回反馈回路来代替传统的线性反馈回路,所以不需要对回路的稳定性进行补偿。此外,比较器的极高增益提供了出色的负载调节和瞬态响应。然而,与LTC1516一样,比较器滞后必然会产生少量的输出纹波。采用前馈电容C3可将输出纹波降低至10mV-20mV(见图6),但空载静态电流增加约1.5μ a。无C3时,静态电流约为4.5μA,输出纹波为50mV ~ 100mV。


图6 使用1nF前馈电容的典型输出纹波。

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