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克服低IQ难题,TI从芯片角度提出新解决方法

《名企发布会动态》
2021-11-08 16:54 来源:电源网原创 编辑:邢

随着全球范围内电池使用量的急速上升,从智能手表到智能门铃,再到汽车和工厂中的传感器都离不开电池,电池对系统能达到的低功耗的要求也越来越高。延长电池寿命就是延长产品的使用寿命和降低整个系统的成本。在电源设计的过程中,电源工程师常常面临降低EMI,增加功率密度,低噪声和高精度,隔离,低功耗(低IQ)五大挑战,其中降低功耗被一些工程师认为是设计难点。本文就来重点讨论一下设计工程师如何克服低IQ难题?

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有些产品大部分时间处于待机状态,但即使是在待机模式下,宝贵的电池寿命也会有损耗;而有些产品在出厂之前,在仓库保存的时间较长,也就是货架期比较长,这也让电池有特别多的损耗。TI的低静态电流IQ技术,可以在不影响系统性能的情况下,延长电池寿命和货架期。

但是实际电路设计更复杂,需要考虑所有电路的功耗和漏电流等更多因素,光有低静态电流IQ技术还不够。TI升压和升降压产品线产品市场经理邹鹏指出,电源工程师想要在待机模式下实现高电池效率,还需要设计一套完整的电源解决方案,严格管理功率输出,同时保持超低电流。TI超低IQ技术和产品组合能帮助设计工程师实现低功耗,并更大限度延长电池运行时间。

从三个方面克服超低功耗问题

对于很多MCU或传感器处于常开状态的系统来说,我们需要设计一个超低功耗、常开型的电源。TI从三个方面着手帮助工程师改善电池损耗大的问题。

第一,持续改善工艺。借助强大的超低漏电工艺技术和持续开发的新型的控制拓扑架构电路,延长电池的运行时间。

第二,快速响应时间。对于电源尤其是DC-DC电源,快速响应时间是衡量电路好坏的一个很重要的指标。一个电路反应速度越快,相应的电路损耗就会越大,这时就需要用更多的电路去弥补损耗。利用TI快速唤醒比较器和零IQ反馈控制,可在不影响低功耗性能的情况下,实现快速动态响应。

第三,更小的外形尺寸。电路要实现的功耗越低,相应的,弥补损耗的辅助电路就会越多,这将间接导致芯片的尺寸变大。利用TI电阻器和电容器的面积缩减技术,可以将各电路集成到空间受限的应用中,同时不影响整个静态功耗。

邹鹏表示,数十年来,TI一直投资于可缩短设计时间和提高成本效益创新,从而在电源中实现超低的静态功耗。

用三个产品实现设计的高效落地

日前,TI推出三款超低功耗的器件,第一个是TPS61094双向降压/升压转换器,第二个是LMR43620和LMR43620-Q1汽车级降压转换器,第三个是LM74720-Q1理想二极管系列产品。

首先来看第一个TPS61094。超级电容充放电一体化双向降压/升压转换器TPS61094的推出,表明TI在下一代电池供电类工业应用以及医疗应用中实现低IQ的决心。新型双向降压/升压转换器TPS61094内部集成降压型超级电容充电器和升压型DC-DC转换器,可达到60nA的业内超低静态电流,是同类竞品升压转换器IQ的三分之一。

它有三个关键优势:一是高集成度,它内部集成了超级电容的充电和放电管理电路,可设置成纯充电电路或放电电路,能减少最多50%的元件并简化设计;二是长寿命,可将电池寿命延长高达20%,在必须由一次性电池供电的应用中,借助60nA的低IQ,可实现10年或以上的寿命;三是高功率密度,与同类竞争的升压转换器相比,升压运行中2A的电感峰值电流可将输出电流翻倍。除了自身优势之外,TPS61094搭配超级电容的方案与传统的混合层电容器(HLC)方案相比,该方案可将电池寿命延长多达20%。超级电容的强大的放电能力有助于支持比较大的峰值负载,这对于智能仪表、烟雾探测器和可视门铃等电池供电类工业应用以及需要长待机的医疗应用非常重要。

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第二个产品是LMR43620和LMR43620-Q1,LMR43620系列是业界非常先进的宽输入电压降压转换器,可满足常开型汽车类应用的低待机功耗要求。LMR43620-Q1主要优势有三点:一是低EMI,利用展频技术、可配置的强制 PWM 模式和频率外同步功能,可实现非常低EMI,EMI在汽车设计中是非常重要的问题;二是高效率,LMR43620系列适用于负载很宽的范围,从1mA到2A,都能实现难得的85%以上的高效率(大部分DC-DC转换器可能在1A或2A时效率很高,比如到达85%或者90%,但在1mA时效率就降到了50%,甚至40%、30%);三是高集成,最大程度减小解决方案尺寸和元件数量,采用2mm×2mm的低电磁干扰的wettable flanks HotRod™ 封装,同时具有内部补偿功能。LMR43620系列产品目前可提供预量产器件。

汽车级理想二极管系列产品LM74720-Q1是邹鹏介绍的第三个产品。随着智能汽车的普及,系统功能变得越来越复杂,耗电模块越来越多,而典型的车载仅靠一个12V电池供电,所以降低功耗就变得尤为重要。LM74720-Q1系列低IQ汽车级理想二极管系列,非常适用于有超低功耗要求的常开型的系统设计,具有开通时间短和快速关断性能,可实现反向电池保护。并且提供更小的尺寸解决方案。

目前LM74720系列可以提供三个型号的子系列产品。第一个是LM74720-Q1,它是业界先进的满足35μA最大值IQ指标的产品,可帮助设计人员满足汽车应用更高效、有限功耗预算的要求。第二个LM74722-Q1,这个产品是率先面市的200KHz有源整流,可实现快速开/关,确保提供超高级别的系统保护。第三个产品是LM74721-Q1,它具有集成VDS钳位的3V到65V宽输入电源电压,可为12V和24V汽车类电池供电的电源控制单元,提供更小尺寸的解决方案。

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“从网站、工具、培训到在线支持,在TI你能找到设计周期每个阶段的可用资源”,邹鹏表示,“TI希望提供全面的设计工具和培训文档帮助设计工程师进一步降低系统电源IQ,提高电池寿命,从而降低环境成本,为实现碳达峰、碳中和贡献企业力量。”

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