如何使用低壓差穩壓器提高降壓轉換器的輕載效率

2021-09-19 15:04:24 字數 2500 閱讀 2377

設計乙個僅在空載時消耗微安電流的dc/dc轉換器可以比作為更輕盈的液體加油的肌肉車 - 你可以讓它工作,但這並不容易。在大多數現代dc/dc轉換器中,滿載電流的高效率是常見的;然而,當負載被禁用或斷開時實現高效率仍然是一項困難和/或昂貴的任務。

許多汽車和工業應用需要從主電源到電源的高效12 v或24 v降壓功率轉換。滿載時的負載點(pol)電壓,但在器件處於空閒或關閉狀態時也需要非常低的電流消耗。為了實現如此低的電流,您可以輕鬆地使用低壓差穩壓器——mc78l15acdg(ldo)與降壓轉換器併聯,以在系統進入輕載/空載狀態時實現電池的最小電流消耗。

最終,延長系統電池壽命的理想情況是禁用輸入電源中的所有可能裝置。但是,在某些情況下,系統內的某些元件仍然需要乙個子調節電壓,以便在關機狀態期間與其他系統模組通訊(即汽車應用中的can匯流排收發器)。不專門設計用於輕載效率的dc/dc轉換器可以在無負載的情況下消耗幾毫安。此外,具有高輕載效率的轉換器將採用頻率折返方案和非連續模式操作,從而導致雜訊輸出電壓和過多的emi輻射。 ldo非常適合輕負載情況,因為它們可以設計為在保持低雜訊輸出電壓的同時消耗非常低的電流。進入輸入的空載電流(也稱為「接地電流」)可以是幾微安或更低的量級。因此,將轉換器和ldo的效能結合起來,具有明顯的優勢。

如果設計人員能夠在負載為負載時禁用dc/dc轉換器,則可以採用並行使用這兩種方法的簡單方法。最小,即對用於負載的轉換器使用相同的啟用/禁用訊號。圖1中可以看到乙個例子。

與ldo併聯的dc/dc轉換器的框圖(由德州儀器提供)圖2給出了低iq ldo效率曲線的一般示例,該效率曲線用dc/dc轉換器的效率曲線繪製,用於更高的電壓轉換(即12 v至1 v)。在輕負載時,ldo更有效。如果系統在輕負載下花費大量時間,使用ldo來調節電壓可以顯著提高系統總效率。

低iq效率曲線的一般示例(由德州儀器提供)。

實現圖1中的電路要求將轉換器輸出設定為高於最大ldo輸出電壓的電壓。在正常操作中,當轉換器使能時,轉換器將調節輸出電壓並向負載提供電流。大多數ldo無法吸收電流,依靠來自通過器件的負載電流來調節輸出。將ldo的輸出電壓拉高到其標稱電壓以上將迫使ldo進入未調節狀態,此時電流不會從輸入流出輸出,dc/dc轉換器將有效地執行,就像ldo沒有連線一樣。

一旦dc/dc轉換器被禁用,它將停止開關,輸出電壓將降低,直到ldo開始規範產出。再次使能時,dc/dc轉換器將以預偏置狀態啟動(啟動期間輸出上存在的正電壓稱為「預偏置」)。轉換器將開始其啟動過程,而不會從電路中吸收任何電流。輸出節點,最終將輸出電壓拉高到標稱ldo電壓以上,並重新控制輸出。

考慮使用1400 mah電池計算簡單的電池儲存期限示例。假設電池完全充電後裝置處於待機狀態,並且連線的電源是無負載時靜態電流為10μa的ldo或無負載時靜態電流為200μa的dc/dc轉換器。

電池容量

使用dc/dc轉換器的電池保質期(完全初始充電)使用ldo的電池保質期(完全初始充電)

1400 mah

1400/0.2 = 7000小時

7000/24 = 291.7天

1400/0.01 = 140000小時

140000/24 = 5833.3天

電池壽命可延長20倍。

現在討論將轉向如何使用ti器件實現該電路。

中的電路顯示了ldo與dc/dc併聯的效率提公升示例轉換

tps709與tps54331併聯(由德州儀器公司提供)。

選擇的ldo是tps709 ,具有30 v輸入範圍,標稱接地電流僅為1μa。 dc/dc轉換器是tps54331,根據其輸入電壓範圍和高效率進行選擇。與大多數類似的dc/dc轉換器相比,tps54331在輕負載時已經表現出高效率。然而,在110μa(典型值)非開關靜態電流時,轉換器的空載電流幾乎是tps709在空載(1.3μa)時的接地電流的100倍,即使在開關損耗和反饋電阻負載之前也是如此圖4顯示了tps709和tps54331之間的效率測量差異。圖4顯示了tps709和tps54331之間的效率測量差異。當tps54331使能時,測量配置為vin = 12 v,vout = 3.46 v,當tps54331禁用時,vout = 3.3 v.

實現電路的效率,啟用和禁用tps54331(由德州儀器公司提供)。

盡可能請注意,從10μa負載電流到10 ma,tps709的效率將保持大致恆定在27%(vout/vin)。當tps54331使能時,由於空載輸入電流,它將以非常低的效率啟動,但很快就會公升高,在較高的負載電流下達到90%以上。當tps54331使能時,tps709不提供任何負載電流,因此可以忽略其接地電流。由此可以清楚地看出,當輸出負載電流為350μa或更低時禁用tps54331將是有益的。

如果負載電路在啟用時具有高電流壓擺率,則可能需要將使能電路延遲到負載,以便在負載需要來自vout的電流之前,dc/dc轉換器有足夠的時間被啟用。這可以通過rc延遲輕鬆完成,但是,應注意在dc/dc關閉後負載不會保持開啟狀態。與電阻器併聯的二極體可以實現這一點。圖5顯示了該電路的乙個示例。

如何使用低壓差穩壓器提高降壓轉換器的輕載效率圖5:tps709與tps54331併聯,具有負載使能延遲(由德州儀器公司提供)。

示了系統的系統響應時間範圍鏡頭,以及啟用訊號使電路進入1 a負載。

如何使用低壓差穩壓器提高降壓轉換器的輕載效率圖6:啟動和啟用/禁用圖3中的電路。

LDO低壓差線性穩壓器

1.簡介 ldo是low dropout regulator,意為低壓差線性穩壓器,是相對於傳統的線性穩壓器來說的。傳統的線性穩壓器,如78xx系列的晶元都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v 3v以上,否則就不能正常工作。但是在一些情況下,這樣的條件顯然是太苛刻了,如5v轉3.3v,輸入與輸出的壓差只...

低壓差線性穩壓器 LDO

ldo 目錄 ldo 是一種線性穩壓器。線性穩壓器使用在其線性區域內執行的電晶體或 fet,從應用的輸入電壓中減去超額的電壓,產生經過調節的輸出電壓。所謂壓降電壓,是指穩壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mv 之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。正輸出電壓的ldo 低壓降 穩壓器通常使用...

低壓差線性穩壓器簡介

ldo即low dropout regulator,是一種低壓差線性穩壓器。這是相對於傳統的線性穩壓器 ap7331 wg 7 來說的。傳統的線性穩壓器,如78xx系列的晶元都要求輸入電壓要比輸出電壓至少高出2v 3v,否則就不能正常工作。但是在一些情況下,這樣的條件顯然是太苛刻了,如5v轉3.3v...