DCDC 轉(zhuǎn)換器的節(jié)能方案考量

1.電池供電設(shè)備

近年來，移動(dòng)設(shè)備、可穿戴式設(shè)備、IoT設(shè)備等電池驅(qū)動(dòng)的電子設(shè)備已經(jīng)無所不在。為了提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)靈活度并滿足確保配置新功能所用空間的小型化要求，就要求這些產(chǎn)品上搭載的元器件的功耗要降低到極限，以實(shí)現(xiàn)小型化并延長(zhǎng)電池使用壽命。

而要延長(zhǎng)電池驅(qū)動(dòng)的續(xù)航時(shí)間，存在著削減設(shè)備功耗和電池能量是否能夠完全用盡的課題。設(shè)備的各種構(gòu)成元器件均在采用各種方法努力削減功耗，對(duì)于直接轉(zhuǎn)換電池能量并供給其他元器件的電源來說，努力進(jìn)一步降低其功耗是非常重要的。

而要降低電源的功耗，就需要在任何負(fù)載條件和工作模式下都能抑制自身功耗并提高效率。電池輸入時(shí)，輸入電壓從比設(shè)定的輸出電壓高的初始電壓變?yōu)楸仍O(shè)定的輸出電壓低的電壓。因此，使用升降壓型轉(zhuǎn)換器是非常有助于最大限度地使用電池能量的，可以在輸入（電池）電壓比設(shè)定的輸出電壓高的狀態(tài)下，進(jìn)行高效率的降壓工作，當(dāng)輸入低于設(shè)定的輸出電壓時(shí)，切換為高效率的升壓工作，使輸出電壓保持在一定電壓。換句話說，無論輕負(fù)載還是重負(fù)載都高效率、無論降壓還是升壓都可高效率工作的升降壓轉(zhuǎn)換器可以說是能夠使電池壽命最大化的電源。

由電池供電的便攜式產(chǎn)品制造商也面臨著日益增大的壓力，他們要將更多功能塞進(jìn)外形尺寸已經(jīng)受限的產(chǎn)品中，同時(shí)還要獲得更長(zhǎng)的電池工作時(shí)間。例如，大多數(shù)便攜式媒體播放器(pMp)都有視頻和Mp3播放功能。因此，內(nèi)部電子電路需要多種具有不同功率級(jí)的低壓輸出軌。很明顯，導(dǎo)致這一結(jié)果的主要原因是，大多數(shù)大規(guī)模數(shù)字集成電路的工作電壓是1.2V或更低，而同時(shí)存儲(chǔ)器和I/O電壓需求可能在2.2～3.3V之間。這樣，直接對(duì)鋰離子電池使用多個(gè)單pOLDC/DC轉(zhuǎn)換器越來越不實(shí)用了，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)師正在采用更加集成化的方法。

與傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器相比，同步降壓型轉(zhuǎn)換器在電池工作時(shí)間上有極大改進(jìn)，因?yàn)樗岣吡宿D(zhuǎn)換效率。這類轉(zhuǎn)換器一般具有95%的轉(zhuǎn)換效率，而且?guī)缀鯚o須任何散熱措施。然而，這種高效率是以占用更多電路板空間為代價(jià)的，因?yàn)槊總€(gè)通道都要增加一個(gè)電感器，因此保持最小總體解決方案占板面積極其重要。通過將多個(gè)通道整合到一個(gè)同步降壓型解決方案中，這些通道就可以全部用一個(gè)輸入電容器工作，從而可保持解決方案占板面積最小。

2.ACDC轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓

尋找效率節(jié)省的一個(gè)明顯地方是 AC/DC 電源，但負(fù)載點(diǎn) (POL) DC/DC 轉(zhuǎn)換器也可以幫助設(shè)計(jì)人員滿足能源之星的要求。德州儀器 (TI) 的許多 POL 轉(zhuǎn)換器都提供節(jié)能的 Eco-mode? 脈沖跳躍技術(shù)，因此我必須親眼看看傳統(tǒng)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器與采用 Eco-mode 控制方案的轉(zhuǎn)換器相比如何。我查看了TPS563210，這是一款 4.5V 至 17V 輸入、3A 同步降壓轉(zhuǎn)換器，TPS562210A 是采用 8 引腳 SOT-23 封裝的簡(jiǎn)單易用型 2A/3A 同步降壓轉(zhuǎn)換器。兩款器件均經(jīng)過優(yōu)化，最大限度地減少了運(yùn)行所需的外部組件并且可以實(shí)現(xiàn)低待機(jī)電流。這些開關(guān)模式電源(SMPS)器件采用 D-CAP2 ?模式控制，從而提供快速瞬態(tài)響應(yīng)，并且在無需外部補(bǔ)償組件的情況下支持諸如高分子聚合物等低等效串聯(lián)電阻(ESR)輸出電容器以及超低 ESR 陶瓷電容器。該器件可在高級(jí) Eco-mode ?下運(yùn)行，從而能在輕載運(yùn)行期間保持高效率。 TPS562210A  采用 8 引腳 1.6mm × 2.9mm SOT (DDF)封裝，額定環(huán)境溫度范圍為–40°C 至 85°C 。

記錄了以瓦特為單位的功耗量與顯示百分比的傳統(tǒng)效率圖（表 1）。

表 1：以瓦特為單位的功耗

節(jié)能效果顯著。如果系統(tǒng)包括四個(gè) POL 轉(zhuǎn)換器，則在 10mA 負(fù)載下的功耗粗略估計(jì)為 28mW（采用 Eco 模式控制方案）和 248mW（不采用 Eco 模式控制方案）。這意味著每年可節(jié)省約 2kWh！有了所有這些機(jī)頂盒，節(jié)省的費(fèi)用很快就會(huì)增加。