如何使用WEBENCH®为超低功耗应用设计近100%的占空比

发布者:EEWorld资讯最新更新时间:2019-09-17 来源: EEWORLD关键字:WEBENCH  低静态电流(low  Iq) 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

许多电池供电的应用需要降压转换器才能在100%占空比条件下工作,其中VIN接近VOUT,以便在电池电压达到最低值时延长电池续航时间。

 

例如,假设有两节锂-二氧化锰(Li-MnO2)电池为智能电表供电。Li-MnO2电池是一次性非充电电池,由于使用寿命较长(长达20年),再加上比锂亚硫酰氯电池更具成本效益,其在智能电表或水表中的应用日益广泛。

 

图1所示为两个串联(2s1p)的Li-MnO2电池的系统配置,然后逐步降压为微控制器供电。  

 

 

图1:智能电表电源架构

 

超低静态电流(IQ)DC/DC转换器可帮助您设计电池寿命长达20年的应用。智能电表应用的负载曲线并非连续负载,而是可变负载曲线。为了延长电池寿命,系统仅会偶尔消耗高电流(发送无线信号或启动阀门),然后再回到极低负载状态。此类负载曲线能够在微安培范围内实现低平均电流消耗。在这种轻负载下的高效率需要超低静态电流IQ,尤其是在关断时间内。关断时间内的电流消耗可能远低于平均电流消耗。

 

德州仪器的 TPS62840 超低功耗降压转换器的工作IQ仅为60 nA,可以调节3.3-V电源轨。TPS62840在100%模式下具有极低的静态电流IQ - 150 nA ,进一步延长了电池续航时间。

 

为了更好地帮您设计和模拟超低电源电路,WEBENCH® Power Designer 这款在线工具可根据您的规格创建定制电源设计。

 

在我们的示例中,每节电池的平均电压约为3.0 V。新电池的初始电压约为3.2 V,完全放电后电压可降至2 V以下。假设每节电池放电降至1.8 V且新电池的电压为3.2 V时,请将这些参数输入WEBENCH Power Designer(图2)。

 

 

图2:在WEBENCH Power Designer中输入的设计规范

 

在WEBENCH®PowerDesigner搜索工具中使用3.6 V最小输入电压可产生51种可能的器件,但TPS62840并非其中一种。  这是为什么?

 

WEBENCH专注于两个初始参数,以帮您找到适合您系统的最佳器件:

 

  1.     VINMIN > VOUT是WEBENCH Power Designer在降压转换器拓扑结构的用户输入中寻找的首检参数。如果VINMIN > VOUT,那么WEBENCH Power Designer会选择降压转换器作为解决方案列表的一部分。如果VINMIN ≤ VOUT,WEBENCH Power Designer会建议使用降压 - 升压转换器调节您的VOUT,而非使用100%占空比模式下工作的降压转换器。这是因为WEBENCH希望为您提供一个解决方案,即使VINMIN ≤ VOUT,您的VOUT也会受到调节。

  

  1.     通过首检后,复检将验证计算的占空比是否大于降压转换器数据表中规定的最大占空比。对于可在100%占空比模式下工作的降压转换器,99.9%用作阈值。计算占空比时包括损耗。这增加了WEBENCH Power Designer中计算的占空比,远远高于理想的VOUT/VIN。

 

选择众多器件后,WEBENCH Power Designer会为每个器件执行详细设计。

 

根据使用的输入参数,可以观察到以下三种不同结果:

 

TPS62840 WEBENCH Power Designer型号的VIN为3.2 V 到6.4 V、IOUT_MAX = 0.75 A 和 VOUT = 3.3 V(图3)。

 

 

图3:输入电压过低时的故障消息

 

由于最小VIN低于VOUT,设计更新失败。此设计未通过WEBENCH的首检。

 

TPS62840 WEBENCH Power Designer型号的VIN为3.6 V 到6.4 V、IOUT_MAX = 0.75 A 和 VOUT = 3.3 V(图4)。

 

 

图4:占空比过高时的故障消息

 

该设计不会更新,因为计算时的占空比包括高侧MOSFET RDSON和电感器DCR等损耗。此处,占空比值大于99.9%。此设计未通过WEBENCH的复检。

 

在VIN为3.7 V 到6.4 V、IOUT_MAX = 0.75 A 和 VOUT = 3.3 V的TPS62840 WEBENCH Power Designer上选择设计界面(图5)。

 

 

图 5:WEBENCH Power Designer中显示的TPS62840

 

最后一个示例显示了TPS62840,因为此设计通过了两次检查。

 

如何在接近100%占空比时更有效地使用WEBENCH Power Designer:

 

输入电压和输出电压之间增加一个充足的delta,以减少占空比。

 

降低输出电流,以减少损耗并减少占空比。

 

这两种解决方案都能使WEBENCH Power Designer使用TPS62840进行设计。在实际应用中,在100%下模式工作是正常的并且通常是可接受的,以便使电池完全放电。在100%模式下,降压转换器的输出电压随着电池电压的降低而降低。但这仍然适合大多数负载的系统规格。

 

关键字:WEBENCH  低静态电流(low  Iq) 引用地址:如何使用WEBENCH®为超低功耗应用设计近100%的占空比

上一篇:技术文章—电路故障分析与定位的常用方法
下一篇:TDK电压保护器件: 实现音频设备ESD和EMI双重保护

推荐阅读最新更新时间:2024-10-19 08:29

设计静态电流 (Iq) 汽车电池反向保护系统的 3 种方法
车辆中电子电路数量不断增加,使得需要消耗的电池电量也随之大幅增长。为了支持遥控免钥进入和安全等功能,即使在汽车停车或熄火时,电池也要持续供电。 由于所有车辆都使用有限的电池供电,因此必须找到一种方法,一方面能增加更多功能(尤其是在设计汽车前端电源系统时),同时又不会显著增加耗电量。是否需要符合严格的电磁兼容性 (EMC) 标准(例如,国际标准化组织的 ISO7637 和德国汽车制造商制定的LV 124标准),直接影响前端电池反向保护系统的整体设计。一些原始设备制造商将车辆处于停车状态时的总电流消耗规定为:在 12V 电池供电系统中每个电子控制单元 (ECU) 低于100µA,在 24V 电池供电系统中低于500µA。 在本
[嵌入式]
设计<font color='red'>低</font><font color='red'>静态电流</font> (<font color='red'>Iq</font>) 汽车电池反向保护系统的 3 种方法
设计静态电流 (Iq) 汽车电池反向保护系统的 3 种方法
车辆中电子电路数量不断增加,使得需要消耗的电池电量也随之大幅增长。为了支持遥控免钥进入和安全等功能,即使在汽车停车或熄火时,电池也要持续供电。 由于所有车辆都使用有限的电池供电,因此必须找到一种方法,一方面能增加更多功能(尤其是在设计汽车前端电源系统时),同时又不会显著增加耗电量。是否需要符合严格的电磁兼容性 (EMC) 标准(例如,国际标准化组织的 ISO7637 和德国汽车制造商制定的LV 124标准),直接影响前端电池反向保护系统的整体设计。一些原始设备制造商将车辆处于停车状态时的总电流消耗规定为:在 12V 电池供电系统中每个电子控制单元 (ECU) 低于100µA,在 24V 电池供电系统中低于500µA。 在本
[电源管理]
设计<font color='red'>低</font><font color='red'>静态电流</font> (<font color='red'>Iq</font>) 汽车电池反向保护系统的 3 种方法
了解 3 种静态电流 (IQ) 的规格
静态电流 (IQ) 通常定义为集成电路 (IC) 在空载和非开关但启用状态下消耗的电流。广义上,静态电流是 IC 在任何超低功耗状态下消耗的输入电流,这一定义更有助于我们理解静态电流的内涵。 对于电池供电的应用来说,这种输入电流由电池提供,因而决定了电池工作多长时间后需要再次充电(锂离子或镍氢电池等可充电电池)或更换电池(碱性电池或锂二氧化锰等原电池)。对于长时间处于待机或休眠模式的电池供电应用,其电池运行时间可能因静态电流的影响产生数年之差。例如,使用 60nA的TPS62840等超低静态电流升压转换器为常开型应用(如图1中的智能电表)供电,其电池运行时间可达 10 年。 图 1:智能电表 静态电流也会影响我们日常
[电源管理]
了解 3 种<font color='red'>静态电流</font> (<font color='red'>IQ</font>) 的规格
在不影响系统性能的情况下延长电池寿命的 3 种 IQ 技术
随着电池供电型应用的激增,人们对质优价廉的电池和电池包的需求持续猛涨。电池制造商们不断采用新的化学物质,推出更小的尺寸,新的、复杂的限制和要求也随之产生,但是对电池基本功能的要求未曾改变, 即:在不影响系统性能的前提下,延长运行时间和货架期。 更大程度降低静态电流 (I Q ) 是降低功耗进而延长电池寿命的优先选择。器件的 I Q 是电池处于待机模式或者轻负载运行时流出的电流或消耗的电量。I Q 能大幅影响器件的能效。在电池供电型应用中,要想在无负载或轻负载运行时实现高能效,就需要实施电源管理解决方案,在维持超低供电电流的同时,严格控制输出。 如今的很多设计仅需要几纳安的 I Q ,这个功能惠及很多需要长时间待机运行的
[电源管理]
在不影响系统性能的情况下延长电池寿命的 3 种<font color='red'>低</font> <font color='red'>IQ</font> 技术
使用静态电流血糖监测仪准确测量生命体
眼下,“便携式未来”似乎近在咫尺,曾经庞大笨重的设备如今已变得轻巧便携。我在个人电子产品上对此有着亲身体会:以前的手机又重又慢,而现在的手机不仅外形纤薄,运行速度快,而且电池寿命也越来越长。 我在个人医疗保健应用中也看到了这一趋势。现在不需要去看医生就可以检查生命体征,一方面是因为血糖监测仪等设备的尺寸越来越小,可以放在掌心上,而且功耗越来越低。为了给用户提供反应灵敏的生命体征测量设备,血糖监测仪不断向功耗更低且电池寿命更长的趋势发展。 血糖监测仪是一种功耗超低的设备,并试图将静态电流 (Iq) 降到尽可能低的限值,因为它们必须能够使用同一块电池(通常是轻巧的 3V 纽扣电池)进行至少 1,000 次测试。由于血糖监测仪开
[测试测量]
使用<font color='red'>低</font><font color='red'>静态电流</font>血糖监测仪准确测量生命体
瑞萨电子推出两款具有静态电流双路输出同步控制器 适用于车载常开系统
全球领先的半导体解决方案供应商 瑞萨电子 集团(TSE:6723)今日宣布,推出两款具备最低 6µA 静态电流并集成 2A 拉电流 /3A 灌电流 MOSFET 驱动的全新 42V 双同步 控制器 ,为瑞萨 R-Car H3 和 R-Car M3 SoC 提供初级功率级解决方案。ISL78264 双同步降压控制器 管理中间的第一级 DC/DC 转换,将 12V 电池系统降压至 5V 和 3.3V,从而为车辆电子控制单元(ECU)、车载信息娱乐系统(IVI)和数字驾驶舱系统提供 50W-200W 功率水平的供电;ISL78263 双同步升降压控制器提供 DC/DC 转换,以支持 25W-100W 的功率水平。如在启动瞬时或启动
[汽车电子]
瑞萨电子推出两款具有<font color='red'>低</font><font color='red'>静态电流</font>双路输出同步控制器 适用于车载常开系统
瑞萨静态电流双路输出同步控制器,可大幅提高电源效率
半导体解决方案供应商瑞萨电子集团宣布,推出两款具备最低6µA静态电流并集成2A拉电流/3A灌电流MOSFET驱动的全新42V双同步控制器,为瑞萨R-Car H3和R-Car M3 SoC提供初级功率级解决方案。ISL78264双同步降压控制器管理中间的第一级DC/DC转换,将12V电池系统降压至5V和3.3V,从而为车辆电子控制单元(ECU)、车载信息娱乐系统(IVI)和数字驾驶舱系统提供50W-200W功率水平的供电;ISL78263双同步升降压控制器提供DC/DC转换,以支持25W-100W的功率水平。如在启动瞬时或启动/停止过程期间电池电压(VBAT)下降至2.1V,则提供预升压功能。 瑞萨电子汽车模拟电源与视频事
[电源管理]
瑞萨<font color='red'>低</font><font color='red'>静态电流</font>双路输出同步控制器,可大幅提高电源效率
Diodes推出符合汽车规格之线性稳压器,可提供高 PSRR 及静态电流
近日,Diodes 公司推出首款符合 AEC-Q100 Grade 1 的低压差 (LDO) 线性稳压器。AP7315Q 与 AP7343Q 分别提供 150mA 与 300mA,适用于需要在各种运作条件下进行精确稳压的任何汽车应用,例如先进驾驶辅助系统 (ADAS)、RF 通讯、信息娱乐系统及摄影机的负载点电源供应。 汽车制造商将层级越来越高的 ADAS 整合至汽车中,包括需要极稳定电源供应的各种传感器和感测电路。AP7315Q 与 AP7343Q 线性稳压器皆具备完整的生产零件核准程序 (PPAP) 功能,可用于要求产品必须符合 AEC-Q100 及 Grade 1 (-40°C 至 +125°C) 额定温度的汽车应用。 汽车
[汽车电子]
Diodes推出符合汽车规格之线性稳压器,可提供高 PSRR 及<font color='red'>低</font><font color='red'>静态电流</font>
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
随便看看
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved