將 ULQ 降壓穩(wěn)壓器用于節(jié)能電源產(chǎn)品

電池壽命在便攜式設(shè)備中扮演著越來越重要的角色，有助于整體用戶體驗(yàn)。在設(shè)計(jì)電池供電設(shè)備時(shí)，更長(zhǎng)的電池壽命已成為工程師考慮的首要任務(wù)之一。能源之星和類似標(biāo)準(zhǔn)不僅要求提高設(shè)備在正常運(yùn)行期間的效率，而且還要求降低待機(jī)狀態(tài)下的能耗。

如果我們想進(jìn)一步節(jié)省能源，那么在電氣設(shè)計(jì)中實(shí)施的電源管理" target="_blank">電源管理集成電路 (IC) 是一個(gè)瓶頸。在各種電源管理 IC 中，降壓穩(wěn)壓器是使用最廣泛的解決方案。單個(gè)電氣設(shè)計(jì)可能具有多個(gè)開關(guān)降壓穩(wěn)壓器通道。這些電源軌在一天中的大部分時(shí)間都處于關(guān)閉或待機(jī)狀態(tài)。這些電源軌在輕負(fù)載下的功率損耗將在浪費(fèi)的總能量中占主導(dǎo)地位。市場(chǎng)上的大多數(shù)降壓穩(wěn)壓器都使用節(jié)能的 Eco-mode? 脈沖跳躍控制方案來提高輕載效率。Eco-mode 控制方案降低了開關(guān)頻率，并在幾個(gè)開關(guān)脈沖之后保持高側(cè)和低側(cè)功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 關(guān)閉幾個(gè)周期。

即使采用 Eco 模式控制方案，也很難滿足能效標(biāo)準(zhǔn)。問題是在 Eco 模式控制狀態(tài)期間，當(dāng)兩個(gè)功率 MOSFET 都關(guān)閉時(shí)消耗的電流。非開關(guān)狀態(tài)下的輸入電流稱為非開關(guān)靜態(tài)電流 (Iq)，表示使內(nèi)部邏輯模塊保持活動(dòng)狀態(tài)的最小電流。通過特殊的硅設(shè)計(jì)，可以在非開關(guān)狀態(tài)下禁用大多數(shù)非關(guān)鍵塊。常開模塊、監(jiān)控模塊和檢測(cè)模塊使用來自 IC 內(nèi)部電源的很少電流。Iq 將保持在最低水平以節(jié)省能源。此功能稱為超低靜態(tài)電流 (ULQ)。使用 ULQ，在 Eco 模式控制狀態(tài)下將進(jìn)一步提高輕載效率。

讓我們將具有 ULQ (Iq = 45μA) 的降壓穩(wěn)壓器與沒有 ULQ (Iq = 310μA) 的降壓穩(wěn)壓器進(jìn)行比較。圖1是輕載條件下效率與輸入電流的對(duì)比圖。對(duì)于24V輸入電壓和5V無負(fù)載輸出電壓，不帶ULQ的穩(wěn)壓器的輸入電流為0.480mA，而帶ULQ的穩(wěn)壓器的輸入電流僅為0.116mA。

圖 1：ULQ 和非 ULQ 降壓穩(wěn)壓器效率和輸入電流比較

ULQ 功能旨在為處于待機(jī)模式的電池供電系統(tǒng)和節(jié)能家用電器提供極低的功耗。需要 12V 和 24V 電源軌的典型電池供電系統(tǒng)包括便攜式設(shè)備，如筆記本電腦、帶有 12V/24V 直流電機(jī)的無繩機(jī)械工具和無線揚(yáng)聲器。無人機(jī)、汽車娛樂系統(tǒng)和許多其他應(yīng)用等遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)也需要 ULQ 在待機(jī)期間消耗最少的電池電流。計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、白色家電、加熱和冷卻系統(tǒng)、家用電子產(chǎn)品、成像設(shè)備和智能家居設(shè)備等室內(nèi)電器制造商可能會(huì)遵守能源之星等節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。ULQ 功能，連同 Eco 模式控制方案，

新款 TPS54202/TPS54302

為滿足節(jié)能需求，TI 推出了 TPS54202 和 TPS543302。這些 ULQ 降壓穩(wěn)壓器是具有兩個(gè)集成 N 溝道 MOSFET 的 28V、2A/3A 同步降壓轉(zhuǎn)換器。它們通過峰值電流模式控制實(shí)現(xiàn)了固定的 400kHz 開關(guān)頻率。它們的 45μA Iq 僅為不帶 ULQ 的器件 Iq 的 15%。圖 2 是一個(gè)簡(jiǎn)單的 TPS54202/TPS54302 原理圖。

圖 2：TPS54202/TPS54302 的簡(jiǎn)單原理圖

在輕載條件下，TPS54202/TPS54302 將進(jìn)入高級(jí) Eco 模式控制方案狀態(tài)。當(dāng)電感峰值電流低于 300/500mA 時(shí)，器件將阻止高側(cè) FET 導(dǎo)通并在幾個(gè)周期內(nèi)跳過脈沖。在脈沖跳躍期間以及高側(cè)和低側(cè) FET 均關(guān)閉的情況下，該器件通過禁用大部分內(nèi)部電路模塊僅消耗來自輸入源的最小非開關(guān)靜態(tài)電流 (45μA)。只有一些保持監(jiān)控狀態(tài)和快速恢復(fù)的永遠(yuǎn)在線塊和動(dòng)態(tài)偏置塊保持活動(dòng)狀態(tài)。一旦器件退出 ULQ 模式并且內(nèi)部 FET 再次開始開關(guān)，所有禁用的模塊將被喚醒。ULQ 功能確保 TPS54202/TPS54302 在待機(jī)狀態(tài)下具有更好的能效性能。

使用 ULQ 降壓穩(wěn)壓器將為節(jié)能電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)帶來好處。對(duì)于具有 ULQ 功能的電池供電設(shè)備，待機(jī)模式能耗的降低將大大延長(zhǎng)電池壽命。對(duì)于必須通過能源之星等標(biāo)準(zhǔn)的家電，ULQ技術(shù)將顯著提高能效。帶有 ULQ 的 TPS54202/TPS54302 將為低能耗的更美好世界做出貢獻(xiàn)。