干貨 | 低能量水平下的電壓轉(zhuǎn)換

作者：Frederik Dostal，ADI 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師

本文將介紹一類新的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中一個(gè)例子是LTC3336。它在待機(jī)模式下僅消耗約65 nA的電流，非常適合電池供電系統(tǒng)。

轉(zhuǎn)換效率是電源轉(zhuǎn)換器的一個(gè)關(guān)鍵特性。用于降壓轉(zhuǎn)換的常見開關(guān)穩(wěn)壓器（降壓轉(zhuǎn)換器）的轉(zhuǎn)換效率通常在85%到95%之間。能達(dá)到的效率很大程度上取決于可用電源電壓、要生成的相應(yīng)輸出電壓以及所需的負(fù)載電流。然而，許多應(yīng)用需要特殊類型的轉(zhuǎn)換效率，對(duì)此有特殊的開關(guān)穩(wěn)壓器解決方案。這些部署需要針對(duì)低輸出功率進(jìn)行優(yōu)化的轉(zhuǎn)換器。始終在線的電池供電系統(tǒng)在待機(jī)模式下需要消耗的電流量通常非常低。實(shí)例包括測(cè)量橋梁振動(dòng)或檢測(cè)森林火災(zāi)的傳感器。在此類情況下，重要的是長(zhǎng)時(shí)間保持低電量放電。這一特性在依賴能量采集器作為能源的系統(tǒng)中尤為重要。

這種傳感器通常還通過無線電連接到其他設(shè)備。通常通過能量采集方式或電池供電的單個(gè)節(jié)點(diǎn)被鏈接起來，以跨越多個(gè)節(jié)點(diǎn)和長(zhǎng)距離傳輸信號(hào)。這些單獨(dú)的無線電節(jié)點(diǎn)必須始終以一種“睡眠模式”監(jiān)聽信號(hào)，當(dāng)相應(yīng)的信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，它便切換到能耗較高的工作模式并傳播相應(yīng)的信號(hào)。

圖1.一個(gè)帶有傳感器的系統(tǒng)，為傳感器持續(xù)供電的能量很低——例如，能夠檢測(cè)森林火災(zāi)的傳感器。

LTC3336代表了一類新的DC-DC轉(zhuǎn)換器。當(dāng)產(chǎn)生輸出電壓且輸出端有低負(fù)載時(shí)，它在待機(jī)模式下僅消耗約65 nA的電流。圖2顯示了一個(gè)緊湊的電路例子，它從大約7 V的V_IN產(chǎn)生2.5 V的輸出電壓。

圖2.靜態(tài)電流僅65nA的LTC3336降壓型轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生2.5V的輸出電壓

此類電壓轉(zhuǎn)換器通常情況下其輸出電壓不是通過電阻分壓器設(shè)置的，否則會(huì)浪費(fèi)太多的能量。為了能夠設(shè)置不同的輸出電壓，使用引腳OUT0到OUT3。根據(jù)這些引腳的接線，輸出電壓可以步進(jìn)方式在1.2 V和5 V之間設(shè)置。

在許多能量采集應(yīng)用中，必須保護(hù)能源免受過大電流負(fù)載的影響。有些電池或采集器只能提供有限的電流。如果超過這個(gè)特定的限流值，電壓會(huì)下降，或者在某些情況下，甚至?xí)l(fā)生損壞。因此，限制電源轉(zhuǎn)換器的電流消耗是有意義的。LTC3336能以10 mA到300 mA的可調(diào)步長(zhǎng)限制輸入電流。此輸入電流限制類似于輸出電壓，因?yàn)樗梢酝ㄟ^IPK0和IPK1引腳的適當(dāng)接線來設(shè)置。

圖3.即使負(fù)載電流僅為1 μA，從7.2 V到2.5 V的電源轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到了大約70%

圖3中的效率曲線顯示了輸出電流非常低（如1 μA）時(shí)可以達(dá)到的效率。這就節(jié)省了大量能量，尤其是在長(zhǎng)時(shí)間工作和低負(fù)載的應(yīng)用中。

結(jié)語

本文說明，LTC3336在待機(jī)模式下僅消耗65 nA的電流，因而是電池供電系統(tǒng)的出色選擇。這意味著，電池大小固定的電路可以工作更長(zhǎng)時(shí)間，或者能量采集器可以設(shè)計(jì)得更小，因而成本更低。

關(guān)鍵詞： 輸出電壓 轉(zhuǎn)換效率 供電系統(tǒng) 輸入電流 負(fù)載電流