将无线应用运行时间延长20%!TI推出带旁路模式的DC/DC转换器
摘要:无线应用正在改变人们生活的方方面面:移动设备可在改善生活质量的同时,简化患者监护;智能仪表可通过简单的消费者互动灵活地控制电源需求;楼宇技术不但支持对生活方式的灵活调节,而且还可降低整体功耗。不过,这些应用大多使用电池供电,部分应用(如电表、水表)要求在单颗电池的情况下运行时间长达10年。因此,不可...
无线应用正在改变人们生活的方方面面:移动设备可在改善生活质量的同时,简化患者监护;智能仪表可通过简单的消费者互动灵活地控制电源需求;楼宇技术不但支持对生活方式的灵活调节,而且还可降低整体功耗。不过,这些应用大多使用电池供电,部分应用(如电表、水表)要求在单颗电池的情况下运行时间长达10年。因此,不可避免地面临如何在电池和设备的体积之间取得平衡,以及尽可能延长电池使用时间的挑战。
为进一步降低无线应用的功耗,德州仪器(TI)日前新推出一款集成旁路开关与独特DCS-Control技术的3MHz、100mA同步降压DC/DC转换器TPS62730。该最新器件在基于MSP430 MCU的低功耗无线应用中,可比同类竞争解决方案的电池运行时间延长20%。该高性能器件工作电流仅为25uA,可支持多种低功耗应用,如蓝牙低功耗系统、仪表计量与楼宇技术、移动电话、消费类电子、医疗以及人机接口等设备。
目前大多数的DC/DC转换器效率可超过90%,避免额外能源损耗的一个方法是将电池直接连接至负载,没有任何稳压,从而节省成本和空间。但是实际上并不完全是这样,在电池直接供电时,负载自身的功耗仍然过高。这是因为这些器件的最低电源电压已经接近放电电池水平。
图1:采用TPS62730与CC2540 蓝牙低功耗片上系统器件的系统框图。
德州仪器中国区高性能模拟产品业务拓展工程师潘靖表示,目前一些RF器件(比如CC2540)的电池供电电压在2伏左右就已经足够。而我们使用的钮扣电池,其电压范围通常在2伏到3伏之间。当电池是3伏的新电池时,高于2伏的电压所做的都是无用功,作为能耗被白白浪费掉了。
TPS62730由两部分组成:传统的降压转换器和旁路模式,这是因为当设备出于睡眠或者低能耗的状态时,实际上它消耗的电流非常低,此时完全没有必要用DC/DC对电压进行转换,因为本身电流非常小,整体功耗仍然是非常低的。潘靖指出,当RF设备工作的时候,其电流大概会在几十毫安到一百毫安之间,在这种情况下,我们就会用降压转换器对电池电压进行转换,得到一个2伏左右、但已经足够让一套RF设备正常工作的电压,以便整体的效率能够得到提升。从 DC/DC降压到旁路模式的转换可由用户选择,也可以自动运行。
在传输与接收模式下,TPS62730不但可实现高达95%的转换效率,而且还可降低电池电流损耗。超低功耗旁路开关,在睡眠及低功耗模式下电流损耗仅为30nA。此外,TPS62730转换器所生成的典型输出电压纹波低于15mVpp,可为支持TI 2.4GHz CC2540和CC430片上系统(SOC)等低功耗RF应用提供低噪声性能。
图2:采用TPS62730与CC430低功耗MCU的系统框图。
TPS62730采用了TI专利的DCS-Control控制模式,这是一项高级稳压拓扑技术,在单个器件中整合了磁滞及电压模式控制的优势,支持优异的AC线路与瞬态负载调节。该特性可在PWM 和节电模式间实现顺畅的转换。此外,其它电压反馈环路还可确保DC准确度。DCS-Control技术能够降低研究外部过滤组件的需求,从而可减少相关空间与成本。
此外,由于大容量电池价格高昂,通过在解决方案中增加 TPS62730来降低电池电流,能够大幅降低电池成本。“利用该产品能够在电池容量不变的情况下,让整个系统运行更长的时间;或者在工作时间要求不变的情况下,可以使用更低成本的电池,从而使整体的应用成本得到下降。”潘靖解释说。
1毫米×1.5毫米的QFN封装使得该产品便于安装在主PCB上,加入0402电容器和0603电感器后,整体解决方案的面积小于12平方毫米,最大高度为1毫米。该产品的千片批量价为每片0.85美元。
TPS62730的主要特性包括:
整个负载范围内极低的输出电压纹波(不足15mVpp的典型值)可为RF应用带来极大的优势;
12mm2的小型解决方案:3MHz频率及固定输出电压选项仅需3个外部组件;
1.9V至3.9V宽泛输入电压不但支持Li-SOCI2、LiSo2以及Li-MnO2等基本锂离子电池化学成分,而且还支持两种碱性电池;
典型值为30nA的超低功耗关断/旁路模式电流支持现代RF收发器的睡眠与低功耗模式。
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