將 ULQ 降壓穩(wěn)壓器用于節(jié)能電源產品

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

如果我們想進一步節(jié)省能源，那么在電氣設計中實施的電源管理" target="_blank">電源管理集成電路 (IC) 是一個瓶頸。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。單個電氣設計可能具有多個開關降壓穩(wěn)壓器通道。這些電源軌在一天中的大部分時間都處于關閉或待機狀態(tài)。這些電源軌在輕負載下的功率損耗將在浪費的總能量中占主導地位。市場上的大多數(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頻率，并在幾個開關脈沖之后保持高側和低側功率金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 關閉幾個周期。

即使采用 Eco 模式控制方案，也很難滿足能效標準。問題是在 Eco 模式控制狀態(tài)期間，當兩個功率 MOSFET 都關閉時消耗的電流。非開關狀態(tài)下的輸入電流稱為非開關靜態(tài)電流 (Iq)，表示使內部邏輯模塊保持活動狀態(tài)的最小電流。通過特殊的硅設計，可以在非開關狀態(tài)下禁用大多數(shù)非關鍵塊。常開模塊、監(jiān)控模塊和檢測模塊使用來自 IC 內部電源的很少電流。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)壓器進行比較。圖1是輕載條件下效率與輸入電流的對比圖。對于24V輸入電壓和5V無負載輸出電壓，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)包括便攜式設備，如筆記本電腦、帶有 12V/24V 直流電機的無繩機械工具和無線揚聲器。無人機、汽車娛樂系統(tǒng)和許多其他應用等遠程控制系統(tǒng)也需要 ULQ 在待機期間消耗最少的電池電流。計算機、服務器、白色家電、加熱和冷卻系統(tǒng)、家用電子產品、成像設備和智能家居設備等室內電器制造商可能會遵守能源之星等節(jié)能標準。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)壓器是具有兩個集成 N 溝道 MOSFET 的 28V、2A/3A 同步降壓轉換器。它們通過峰值電流模式控制實現(xiàn)了固定的 400kHz 開關頻率。它們的 45μA Iq 僅為不帶 ULQ 的器件 Iq 的 15%。圖 2 是一個簡單的 TPS54202/TPS54302 原理圖。

圖 2：TPS54202/TPS54302 的簡單原理圖

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

使用 ULQ 降壓穩(wěn)壓器將為節(jié)能電源產品的設計帶來好處。對于具有 ULQ 功能的電池供電設備，待機模式能耗的降低將大大延長電池壽命。對于必須通過能源之星等標準的家電，ULQ技術將顯著提高能效。帶有 ULQ 的 TPS54202/TPS54302 將為低能耗的更美好世界做出貢獻。