低能量水平下的電壓轉換

本文將介紹一類新的DC-DC轉換器，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)。

轉換效率是電源轉換器的一個關鍵特性。用于降壓轉換的常見開關穩(wěn)壓器（降壓轉換器）的轉換效率通常在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。

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降壓型轉換器產(chǎn)生2.5V的輸出電壓

此類電壓轉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。

圖3 即使負載電流僅為1 μA，從7.2 V到2.5 V的電源轉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。