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低能量水平下的電壓轉(zhuǎn)換

2022/02/23
190
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本文將介紹一類新的DC-DC轉(zhuǎn)換器,其中一個例子是LTC3336。它在待機模式下僅消耗約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)換器的一個關鍵特性。用于降壓轉(zhuǎn)換的常見開關穩(wěn)壓器降壓轉(zhuǎn)換器)的轉(zhuǎn)換效率通常在85%到95%之間。能達到的效率很大程度上取決于可用電源電壓、要生成的相應輸出電壓以及所需的負載電流。然而,許多應用需要特殊類型的轉(zhuǎn)換效率,對此有特殊的開關穩(wěn)壓器解決方案。這些部署需要針對低輸出功率進行優(yōu)化的轉(zhuǎn)換器。始終在線的電池供電系統(tǒng)在待機模式下需要消耗的電流量通常非常低。實例包括測量橋梁振動或檢測森林火災的傳感器。在此類情況下,重要的是長時間保持低電量放電。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備。通常通過能量采集方式或電池供電的單個節(jié)點被鏈接起來,以跨越多個節(jié)點和長距離傳輸信號。這些單獨的無線電節(jié)點必須始終以一種“睡眠模式”監(jiān)聽信號,當相應的信號出現(xiàn)時,它便切換到能耗較高的工作模式并傳播相應的信號。

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

LTC3336代表了一類新的DC-DC轉(zhuǎn)換器。當產(chǎn)生輸出電壓且輸出端有低負載時,它在待機模式下僅消耗約65 nA的電流。圖2顯示了一個緊湊的電路例子,它從大約7 V的VIN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置的,否則會浪費太多的能量。為了能夠設置不同的輸出電壓,使用引腳OUT0到OUT3。根據(jù)這些引腳的接線,輸出電壓可以步進方式在1.2 V和5 V之間設置。

在許多能量采集應用中,必須保護能源免受過大電流負載的影響。有些電池或采集器只能提供有限的電流。如果超過這個特定的限流值,電壓會下降,或者在某些情況下,甚至會發(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)步長限制輸入電流。此輸入電流限制類似于輸出電壓,因為它可以通過IPK0和IPK1引腳的適當接線來設置。

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圖3.即使負載電流僅為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)時可以達到的效率。這就節(jié)省了大量能量,尤其是在長時間工作和低負載的應用中。

結語

本文說明,LTC3336在待機模式下僅消耗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時間,或者能量采集器可以設計得更小,因而成本更低。

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