如何借助LDO提高降压转换器的轻负载效率

EETOP2018-12-05 14:03:52



如何借助LDO提高降压转换器的轻负载效率

设计一个空负载时流耗仅有几微安的DC/DC转换器可以被看作是用打火机油为大排量汽车补充燃料---你也许能让他运转,但是并不容易!在大多数新式DC/DC转换器中,满负载时的高效率已司空见惯,然而,在负载被禁用或者断开时实现高效率仍然是一项困难且/或者开销很大的任务。

很多汽车工业应用不但在满负载时要求从主电源到低至负载点 (POL) 电压的高效12V或24V降压电力转换,而且在器件处于空闲或者关断状态时需要流耗极低。为了实现如此低的电流,你可以简单地使用一个与降压转换器并联的低压降稳压器 (LDO) ,在系统进入轻负载/无负载状态时从电池汲取最少的电流。

最终,在系统中延长电池使用寿命的理想情况将是禁止任何可能的器件使用输入电源。然而在某些情况下,对于系统中的特定组件,仍然需要为他们提供稳压电压,以便在关断状态期间实现与其他系统块的通信(即汽车应用中的CAN总线收发器)。不是专门针对轻负载效率而设计的DC/DC转换器在没有负载的时候流耗为几毫安。此外,那些的确在高负载时表现出高效率的转换器将采用频率折返机制和断续运行模式,从而导致嘈杂输出电压和过多电磁干扰(EMI)。LDO是轻负载情况的理想选择,这是因为LDO可被设计成在保持低噪声输出电压的同时消耗极低的电流。进入输入的无负载电流(也被称为“接地电流”)可以为几微安级或者更低。因此,将转换器和LDO的性能组合在一起具有明显的优势。

如果设计人员能够在负载将变为最小时禁用DC/DC转换器的话,有一个可将二者并联使用的简单方法,就是设计人员使用启用/禁用转换器的信号来控制负载。图1中显示了这样的一个示例:

1 – DC/DC转换器与LDO并联时的方框图

图2给出了一条低lq LDO效率曲线的普通示例,其中还绘制了一条用于较高电压转换(即12V至1V)的DC/DC转换器的效率曲线。轻负载时,LDO效率更高。如果系统绝大多数时间处于轻负载状态,使用LDO来调节电压能够极大地改进总体系统效率。

执行图1中的电路要求转换器输出电压被设定为高于最大LDO输出电压。在正常运行时,当转换器被启用,转换器将调节输出电压并将电流提供给负载。大多数LDO不能灌电流,从而需要依赖来自导通器件的负载电流调节输出。将LDO的输出电压拉高到其标称电压以上将强制LDO进入未稳压状态,在这个状态中,电流将不会从输入流到输出,而DC/DC转换器将高效运转,就好像未连接LDO一样。

一旦DC/DC转换器被禁用,他将停止开关,而输出电压将下降,直到LDO开始调节输出。在再次被启用时,DC/DC转换器将在预偏置条件下启动(启动时输出上有正电压的情况被称为“预偏置”)。转换器将开始其启动过程,而不从输出节点灌入任何电流,最终将输出上的电压拉高到标称LDO电压以上,并且重新获得对输出的控制。

请仔细看一下一块容量1400mAh的电池的使用寿命简单计算方法。比如说器件在电池已经完全充电后被保持在待机状态,而连接在其上的电源是一个无负载时静态电流为10uA的LDO,或者是一个空负载时静态电流为200uA的DC/DC转换器。

电池容量

使用DC/DC转换器时的电池使用寿命(完全首次充电)

使用LDO时的电池使用寿命(完全首次充电)

1400 mAh

1400 / 0.2 = 7000 小时

7000 / 24 = 291.7 天

1400 / 0.01 = 140000 小时

140000 / 24 = 5833.3 天

电池寿命可以延长20倍!

(EETOP TI社区 ti.eetop.cn)


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