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具 1.3μA 超低静态电流的 15V 降压-升压型转换器

作者:时间:2018-08-24来源:网络收藏

由于支持物联网的无线传感器激增,所以针对无线低功率设备而定制的小型、高效率的需求也增大了。最新的 LTC3129 和 LTC3129-1 设计满足了这种需求。LTC3129 和 LTC3129-1 均是单片降压-升压型 DC/DC 转换器,输入电压范围为 2.42V 至 15V。LTC3129 的输出电压范围为 1.4V 至 15.75V,而 LTC3129-1 有 8 个引脚可选的固定输出电压 (在 1.8V 至 15V)。这两款器件在降压模式都提供了 200mA 最低输出电流。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201808/387710.htm

LTC3129 和 LTC3129-1 在禁止工作时电流为零 (VIN 和 VOUT 均为零),而当选择省电的突发模式 (Burst Mode®) 工作时,VIN 的静态电流仅为 1.3µA,这些特点使低功率传感器非常受益,因此这两款器件非常适合微功率和能量收集应用,在这类应用中,高效率和极轻负载是至关重要。这两款器件的降压-升压型架构使它们非常适合多种电源。

LTC3129 和 LTC3129-1 的其他关键特点包括固定 1.2MHz 工作频率、电流模式控制、内部环路补偿、自动突发模式工作或低噪声 PWM 模式工作、准确的 RUN 引脚门限以允许设定 UVLO 门限、电源良好输出和 MPPC (最大功率点控制) 功能以从光伏电池供电时优化功率传送。

紧凑的 3mm x 3mm QFN 封装和高集成度使得 LTC3129 / LTC3129-1 在空间受限的应用中摆放更为容易。用这两款器件完成电源设计仅需要为数不多的几个外部组件和一个电感器,而且这些外部组件可以小至 2mm x 3mm。内部环路补偿进一步简化了设计流程。

3.3V 转换器靠室内光照条件用小型太阳能电池工作

图 1 电路利用了 LTC3129 和 LTC3129-1 独特的能力,可采用低至 7.5µW 的输入电源启动和运行,这使它们能够用小型 (不到 1 平方英寸) 低成本太阳能电池、靠不到 200 流明的室内光级别的光照工作。这使由室内光供电的无线传感器等应用得以实现,在这类应用中,由于工作时占空比非常低,所以 DC/DC 转换器必须从非常低的可用功率支持极低的平均功率要求,同时尽可能少地消耗功率。

图 1:3.3V 太阳能供电的转换器靠室内光工作

为了实现这种低电流启动,LTC3129 和 LTC3129-1 仅吸取非常小的 2µA 电流 (停机时更小),直至满足以下 3 个条件为止:

lRUN 引脚电压必须超过 1.22V (典型情况)

lVIN 引脚电压必须超过 1.9V (典型情况)

lVCC 电压 (在内部靠 VIN 产生,不过也可以从外部提供) 必须超过 2.25V (典型情况)

直至所有这 3 个条件都满足为止,该器件始终处于 “软停机” 或备用状态,仅吸取 2µA 电流。

这就允许功率微弱的输入源给输入存储电容器充电,直至电容器电压足够高以满足前述 3 个条件为止,这时,LTC3129 / LTC3129-1 开始切换,如果输入电容器存储了充足的能量,那么 VOUT 上升至稳定值。利用 RUN 引脚上的外部电阻分压器,输入电压可以设定为 2.4V 至 15V 之间的任意值,在这个设定电压值上,该器件退出 UVLO 状态。RUN 引脚电流典型值低于 1nA,因此可以使用电阻值很大的电阻器,以最大限度降低 VIN 端吸取的电流。

在图 1 所示应用实例中,一旦转换器启动,存储在 CIN 中的能量就用来使 VOUT 进入稳定状态。如果 VOUT 的平均功率需求低于太阳能电池提供的功率,那么 LTC3129 / LTC3129-1 就保持突发模式工作,VOUT 保持稳定状态。

如果平均输出功率需求超过可用输入功率,那么 VIN 降低,直至达到 UVLO 为止,在这个点上,转换器重新进入软停机状态。也是在这个点上,VIN 开始再充电,从而允许周期重复。在这种打嗝模式工作中,VIN 迟滞地设定在大约 UVLO 点,在这实例中,VIN 纹波大约为 290mV。这个纹波是由 RUN 引脚的 100mV 迟滞设定的,由 UVLO 分压比而获得。

请注意,通过针对选定太阳能电池,将转换器的 UVLO 电压设定为 MPP (最大功率点) 电压 (典型情况下为 70% 至 80% 开路电压),太阳能电池可以始终靠近最大功率传输电压工作 (除非平均负载要求低于太阳能电池的功率输出,在这种情况下,VIN 上升,并保持高于 UVLO 电压)。

为了进一步优化效率和消除不必要的 VOUT 负载,LTC3129 / LTC3129-1 在软启动或任何时候选择了突发模式时都不从 VOUT 吸取电流。这防止了转换器在软启动时给 VOUT 放电,因此保持了输出电容器上的电量。实际上,当 LTC3129 处于休眠状态时,在 VOUT 端根本就不吸取电流。就 LTC3129-1 而言,由于存在高阻抗内部反馈分压器,VOUT 端吸取低于微安级电流。

增加电池备份

在很多太阳能供电应用中,当太阳能电池功率不足时,由备份电池供电。图 2 显示了一个应用,与之前的实例相比,本图中转换器增加了一个硬币型锂离子主电池和几个外部组件,以在万一光源不能提供维持 VOUT 所需的必要功率时,作为备份电源使用。在这个例子中使用了 LTC3129,允许 VOUT 针对 3.2V 来设定,以更好地与硬币型电池电压相匹配。

图 2:使用硬币型备份电池的太阳能供电转换器

在这个例子中,电池放置在转换器的输出端,设定 LTC3129 以调节 VOUT 略高于电池电压。这样就可确保,无论何时,只要 VOUT 可以有太阳能输入供电,在电池就没有负载。万一由于给负载供电的光照不足而导致 VOUT 下降,那么 LTC3129 的 PGOOD 输出就降低,负载就从转换器输出端切换到电池端,从而保持 VOUT 等于电池电压,转换器的输入和输出电容器能够进行再充电 (如果有光照可用),从而使负载能够借助 PGOOD 信号周期性地从电池切换至转换器。采用这种方法以后,负载会尽可能由太阳能输入供电,电池则仅以分时方式使用,从而延长了电池寿命。


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