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    《電子技術應用》
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    低能量水平下的電壓轉換

    2022-02-24
    作者:Frederik Dostal,ADI 現場應用工程師
    來源:ADI公司

    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。

    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壓器解決方案。這些部署需要針對低輸出功率進行優化的轉換器。始終在線的電池供電系統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點被鏈接起來,以跨越多個節點和長距離傳輸信號。這些單獨的無線電節點必須始終以一種“睡眠模式”監聽信號,當相應的信號出現時,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,為傳感器持續供電的能量很低——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產生2.5 V的輸出電壓。

    ADI技術文章圖2 - 低能量水平下的電壓轉換.jpg

    圖2.靜態電流僅65nA的LTC3336降壓型轉換器產生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。

    ADI技術文章圖3 - 低能量水平下的電壓轉換.jpg

    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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