具 1.3μA 超低靜態(tài)電流的 15V 降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器

由于支持物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器激增，所以針對無線低功率設(shè)備而定制的小型、高效率電源轉(zhuǎn)換器的需求也增大了。最新的 LTC3129 和 LTC3129-1 設(shè)計(jì)滿足了這種需求。LTC3129 和 LTC3129-1 均是單片降壓-升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，輸入電壓范圍為 2.42V 至 15V。LTC3129 的輸出電壓范圍為 1.4V 至 15.75V，而 LTC3129-1 有 8 個(gè)引腳可選的固定輸出電壓 (在 1.8V 至 15V)。這兩款器件在降壓模式都提供了 200mA 最低輸出電流。

LTC3129 和 LTC3129-1 在禁止工作時(shí)電流為零 (VIN 和 VOUT 均為零)，而當(dāng)選擇省電的突發(fā)模式 (Burst Mode®) 工作時(shí)，VIN 的靜態(tài)電流僅為 1.3µA，這些特點(diǎn)使低功率傳感器非常受益，因此這兩款器件非常適合微功率和能量收集應(yīng)用，在這類應(yīng)用中，高效率和極輕負(fù)載是至關(guān)重要。這兩款器件的降壓-升壓型架構(gòu)使它們非常適合多種電源。

LTC3129 和 LTC3129-1 的其他關(guān)鍵特點(diǎn)包括固定 1.2MHz 工作頻率、電流模式控制、內(nèi)部環(huán)路補(bǔ)償、自動(dòng)突發(fā)模式工作或低噪聲 PWM 模式工作、準(zhǔn)確的 RUN 引腳門限以允許設(shè)定 UVLO 門限、電源良好輸出和 MPPC (最大功率點(diǎn)控制) 功能以從光伏電池供電時(shí)優(yōu)化功率傳送。

緊湊的 3mm x 3mm QFN 封裝和高集成度使得 LTC3129 / LTC3129-1 在空間受限的應(yīng)用中擺放更為容易。用這兩款器件完成電源設(shè)計(jì)僅需要為數(shù)不多的幾個(gè)外部組件和一個(gè)電感器，而且這些外部組件可以小至 2mm x 3mm。內(nèi)部環(huán)路補(bǔ)償進(jìn)一步簡化了設(shè)計(jì)流程。

3.3V 轉(zhuǎn)換器靠室內(nèi)光照條件用小型太陽能電池工作

圖 1 電路利用了 LTC3129 和 LTC3129-1 獨(dú)特的能力，可采用低至 7.5µW 的輸入電源啟動(dòng)和運(yùn)行，這使它們能夠用小型 (不到 1 平方英寸) 低成本太陽能電池、靠不到 200 流明的室內(nèi)光級別的光照工作。這使由室內(nèi)光供電的無線傳感器等應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，在這類應(yīng)用中，由于工作時(shí)占空比非常低，所以 DC/DC 轉(zhuǎn)換器必須從非常低的可用功率支持極低的平均功率要求，同時(shí)盡可能少地消耗功率。

圖 1：3.3V 太陽能供電的轉(zhuǎn)換器靠室內(nèi)光工作

為了實(shí)現(xiàn)這種低電流啟動(dòng)，LTC3129 和 LTC3129-1 僅吸取非常小的 2µA 電流 (停機(jī)時(shí)更小)，直至滿足以下 3 個(gè)條件為止：

lRUN 引腳電壓必須超過 1.22V (典型情況)

lVIN 引腳電壓必須超過 1.9V (典型情況)

lVCC 電壓 (在內(nèi)部靠 VIN 產(chǎn)生，不過也可以從外部提供) 必須超過 2.25V (典型情況)

直至所有這 3 個(gè)條件都滿足為止，該器件始終處于 “軟停機(jī)” 或備用狀態(tài)，僅吸取 2µA 電流。

這就允許功率微弱的輸入源給輸入存儲(chǔ)電容器充電，直至電容器電壓足夠高以滿足前述 3 個(gè)條件為止，這時(shí)，LTC3129 / LTC3129-1 開始切換，如果輸入電容器存儲(chǔ)了充足的能量，那么 VOUT 上升至穩(wěn)定值。利用 RUN 引腳上的外部電阻分壓器，輸入電壓可以設(shè)定為 2.4V 至 15V 之間的任意值，在這個(gè)設(shè)定電壓值上，該器件退出 UVLO 狀態(tài)。RUN 引腳電流典型值低于 1nA，因此可以使用電阻值很大的電阻器，以最大限度降低 VIN 端吸取的電流。

在圖 1 所示應(yīng)用實(shí)例中，一旦轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)，存儲(chǔ)在 CIN 中的能量就用來使 VOUT 進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。如果 VOUT 的平均功率需求低于太陽能電池提供的功率，那么 LTC3129 / LTC3129-1 就保持突發(fā)模式工作，VOUT 保持穩(wěn)定狀態(tài)。

如果平均輸出功率需求超過可用輸入功率，那么 VIN 降低，直至達(dá)到 UVLO 為止，在這個(gè)點(diǎn)上，轉(zhuǎn)換器重新進(jìn)入軟停機(jī)狀態(tài)。也是在這個(gè)點(diǎn)上，VIN 開始再充電，從而允許周期重復(fù)。在這種打嗝模式工作中，VIN 遲滯地設(shè)定在大約 UVLO 點(diǎn)，在這實(shí)例中，VIN 紋波大約為 290mV。這個(gè)紋波是由 RUN 引腳的 100mV 遲滯設(shè)定的，由 UVLO 分壓比而獲得。

請注意，通過針對選定太陽能電池，將轉(zhuǎn)換器的 UVLO 電壓設(shè)定為 MPP (最大功率點(diǎn)) 電壓 (典型情況下為 70% 至 80% 開路電壓)，太陽能電池可以始終靠近最大功率傳輸電壓工作 (除非平均負(fù)載要求低于太陽能電池的功率輸出，在這種情況下，VIN 上升，并保持高于 UVLO 電壓)。

為了進(jìn)一步優(yōu)化效率和消除不必要的 VOUT 負(fù)載，LTC3129 / LTC3129-1 在軟啟動(dòng)或任何時(shí)候選擇了突發(fā)模式時(shí)都不從 VOUT 吸取電流。這防止了轉(zhuǎn)換器在軟啟動(dòng)時(shí)給 VOUT 放電，因此保持了輸出電容器上的電量。實(shí)際上，當(dāng) LTC3129 處于休眠狀態(tài)時(shí)，在 VOUT 端根本就不吸取電流。就 LTC3129-1 而言，由于存在高阻抗內(nèi)部反饋分壓器，VOUT 端吸取低于微安級電流。

增加電池備份

在很多太陽能供電應(yīng)用中，當(dāng)太陽能電池功率不足時(shí)，由備份電池供電。圖 2 顯示了一個(gè)應(yīng)用，與之前的實(shí)例相比，本圖中轉(zhuǎn)換器增加了一個(gè)硬幣型鋰離子主電池和幾個(gè)外部組件，以在萬一光源不能提供維持 VOUT 所需的必要功率時(shí)，作為備份電源使用。在這個(gè)例子中使用了 LTC3129，允許 VOUT 針對 3.2V 來設(shè)定，以更好地與硬幣型電池電壓相匹配。

圖 2：使用硬幣型備份電池的太陽能供電轉(zhuǎn)換器

在這個(gè)例子中，電池放置在轉(zhuǎn)換器的輸出端，設(shè)定 LTC3129 以調(diào)節(jié) VOUT 略高于電池電壓。這樣就可確保，無論何時(shí)，只要 VOUT 可以有太陽能輸入供電，在電池就沒有負(fù)載。萬一由于給負(fù)載供電的光照不足而導(dǎo)致 VOUT 下降，那么 LTC3129 的 PGOOD 輸出就降低，負(fù)載就從轉(zhuǎn)換器輸出端切換到電池端，從而保持 VOUT 等于電池電壓，轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出電容器能夠進(jìn)行再充電 (如果有光照可用)，從而使負(fù)載能夠借助 PGOOD 信號周期性地從電池切換至轉(zhuǎn)換器。采用這種方法以后，負(fù)載會(huì)盡可能由太陽能輸入供電，電池則僅以分時(shí)方式使用，從而延長了電池壽命。