升壓轉(zhuǎn)換器廣泛用于消費(fèi)電子產(chǎn)品中，以提高和穩(wěn)定鋰離子電池在負(fù)載下的下垂電壓。一個(gè)新興且不斷增長(zhǎng)的消費(fèi)市場(chǎng)是物聯(lián)網(wǎng) (IoT)，這是一種基于“云”的無(wú)線互連設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，通常包括音頻、視頻、智能家居和可穿戴應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)與綠色能源(減少浪費(fèi)電力和轉(zhuǎn)向可再生能源生產(chǎn)形式的驅(qū)動(dòng)力)相結(jié)合，要求小型設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間自主運(yùn)行，同時(shí)消耗很少的電力。在本文中，我們介紹了一種適用于小型便攜式設(shè)備的典型物聯(lián)網(wǎng)電源管理解決方案，同時(shí)也回顧了它的缺點(diǎn)。然后我們介紹了克服這些缺點(diǎn)的 nanoPower 升壓轉(zhuǎn)換器，

典型的可穿戴電源解決方案

可穿戴心臟監(jiān)測(cè)貼片通常非常小，并且必須持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，因此最小化尺寸和功耗至關(guān)重要。

這種由 100mAh 堿性紐扣電池供電并消耗 100μA 電流的設(shè)備將持續(xù) 3 周。另一方面，在關(guān)斷模式下，該器件可能需要長(zhǎng)達(dá) 3 年的使用壽命，這需要 4μA 或更小的漏電流。漏電流為 0.2μA 且總靜態(tài)電流為 10μA 的典型電壓調(diào)節(jié)器將剝奪器件 1.8 個(gè)月的保質(zhì)期和兩天的運(yùn)行時(shí)間。

高效率和小尺寸是具有挑戰(zhàn)性的要求。增加工作頻率將減小無(wú)源器件的尺寸，同時(shí)增加損耗，從而降低效率。便攜式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的激增需要多種定制版本的穩(wěn)壓器，尤其是在輸出電壓和電流規(guī)格方面。因此，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商可能被迫維護(hù)大量且成本高昂的不同監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及支持它們所需的無(wú)源器件。

最先進(jìn)的解決方案

理想的解決方案是解決這些缺點(diǎn)的電壓調(diào)節(jié)器。MAX17222 nanoPower 同步升壓轉(zhuǎn)換器就是這樣一種器件。MAX17222 提供 400 mV 至 5.5 V 的輸入范圍、0.5-A 峰值電感電流限制以及可通過(guò)單個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 1% 電阻選擇的輸出電壓。新穎的真正關(guān)斷模式產(chǎn)生納安范圍內(nèi)的泄漏電流，使其成為真正的納功率器件!

真正的關(guān)斷電流優(yōu)勢(shì)

真正的關(guān)斷功能將輸出與輸入斷開，沒(méi)有正向或反向電流，從而產(chǎn)生非常低的泄漏電流。如果您還記得，我們計(jì)算出的典型解決方案的保質(zhì)期縮短是 100 mAh 電池 3 年中的 1.8 個(gè)月。漏電流為 0.5nA 時(shí)，同一電池 3 年的保質(zhì)期縮短至僅 3 小時(shí)!

如果使用上拉電阻來(lái)啟用/禁用操作，則還必須考慮真正關(guān)斷模式下的上拉電流。如果相反，啟用 (EN) 引腳由推挽式外部驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)器由不同的電源供電，則沒(méi)有上拉電流，關(guān)斷電流僅為 0.5 nA。

靜態(tài)電流優(yōu)勢(shì)

參考圖 3，MAX17222 的輸入靜態(tài)電流 (I QINT ) 為 0.5 nA (啟動(dòng)后使能開路)，輸出靜態(tài)電流 (I QOUT ) 為 300 nA。要計(jì)算總輸入靜態(tài)電流，必須將饋送輸出電流 (I QOUT_IN ) 所需的額外輸入電流添加到 I QINT。由于輸出功率與輸入功率的關(guān)系是效率(P OUT = P IN x η)，因此可以得出：

I QOUT_IN = I QOUT x (V OUT /V IN )/η

如果 V IN = 1.5 V，V OUT = 3 V，效率 η = 85%，我們有：

I QOUT_IN = 300nA x (3/1.5)/0.85 = 705.88 nA

將 705.88 nA 與 0.5 nA 的輸入電流相加，總輸入靜態(tài)電流為 706.38 nA (I QINGT )。這個(gè)計(jì)算比前面討論的典型情況好 14 倍。使用 0.7 μA 的靜態(tài)電流，為典型解決方案計(jì)算的兩天減少運(yùn)行時(shí)間僅為 3.5 小時(shí)。

啟用瞬態(tài)保護(hù)模式

MAX17222 包括一個(gè)用于啟用瞬態(tài)保護(hù) (ETP) 模式的選項(xiàng)。當(dāng)存在上拉電阻器時(shí)，由輸出電容器供電的額外片上電路可確保 EN 在輸入端的短暫瞬態(tài)干擾期間保持高電平。在這種情況下，上面計(jì)算的靜態(tài)電流增加了幾十納安。

R SEL優(yōu)勢(shì)

MAX17222 取代了用于設(shè)置輸出電壓值的傳統(tǒng)電阻分壓器，采用單個(gè)輸出選擇電阻 (R SEL )，如圖 3 所示。啟動(dòng)時(shí)，芯片使用高達(dá) 200 μA 的電流來(lái)讀取 R SEL價(jià)值。這僅在選擇電阻檢測(cè)時(shí)間(通常為 600 μs)期間發(fā)生，實(shí)際上消除了 R SEL對(duì)靜態(tài)電流的影響。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 1% 電阻器可設(shè)置 33 個(gè)不同的輸出電壓之一，在 1.8 V 和 5 V 之間以 100mV 的增量分隔。結(jié)果是 BOM 的小幅減少(少一個(gè)電阻器)和更低的靜態(tài)電流。

效率優(yōu)勢(shì)

MAX17222 具有低 R DSON 、板載動(dòng)力系統(tǒng) MOSFET 晶體管，即使在足夠高的頻率下工作時(shí)也能產(chǎn)生出色的效率，從而保證較小的整體 PCB 尺寸。

結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)催生了小型、無(wú)線連接和電池供電設(shè)備的爆炸式增長(zhǎng)。這些器件繼續(xù)降低運(yùn)行(效率)和關(guān)斷(漏電流)的功率損耗邊界。Maxim 的 MAX17222 是一款超低靜態(tài)電流、高效同步降壓轉(zhuǎn)換器，可顯著延長(zhǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的貨架期和使用壽命，是此類應(yīng)用的理想選擇。