TI新一代電源管理產(chǎn)品扎堆供應(yīng) 為無線市場(chǎng)強(qiáng)化能量采集功能

日前，德州儀器 (TI) 宣布推出5款最新一代電源管理集成電路：bq25570、bq25505、TPS62740、TPS62737 與 TPS62736。

距離支持 330nA 低靜態(tài)電流的 bq25504 升壓充電器電路發(fā)布，已有至少一年多時(shí)間，而此次一并發(fā)布了5款產(chǎn)品，實(shí)屬TI在新一代能量收集技術(shù)產(chǎn)品的大手筆。這5顆電源管理集成電路能夠高效地提取，以微電源為輸入能源的電源管理集成芯片方案，里面包括微瓦級(jí)及毫瓦級(jí)芯片，包括能量獲取芯片，并帶有輸出穩(wěn)壓電源的芯片，還帶有超低功耗升壓或降壓芯片。可高效提取和管理從光源、熱源或機(jī)械能源采集的微瓦 (uW) 至毫瓦 (mW) 級(jí)電源;并支持業(yè)界最低工作靜態(tài)電流，可為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控系統(tǒng)、可穿戴式醫(yī)療設(shè)備、移動(dòng)附件等難以獲得供電的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)無電池工作。

提供系統(tǒng)級(jí)電源方案

在工業(yè)設(shè)計(jì)中處處需要系統(tǒng)級(jí)的電源方案，但最大的挑戰(zhàn)是，什么樣的電源才能適用于應(yīng)用場(chǎng)景。在任何情況下，面向應(yīng)用的最低功耗解決方案最受市場(chǎng)歡迎。

TI這5款產(chǎn)品能為有興趣的設(shè)計(jì)人員在這些領(lǐng)域縮短他的開發(fā)時(shí)間。德州儀器推出一款產(chǎn)品就同時(shí)推出了它的應(yīng)用工具，包括：評(píng)估板、應(yīng)用軟件、仿真套件，所以，現(xiàn)在的開發(fā)工具的要求是，在很快時(shí)間內(nèi)能投入工作，五分鐘之內(nèi)簡單易用就能上手，而不是需要幾小時(shí)。

此外，TI 還可提供支持任何低電壓、低功耗設(shè)計(jì)需求的升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器以及電池充電器。

德州儀器電池管理市場(chǎng)及應(yīng)用經(jīng)理文司華表示，“TI的專長是，提供全套技術(shù)方案，能夠提供電源管理和高精度的模擬IC;其次，TI的產(chǎn)品包含非常低功耗的微控制器，低功耗的無線連接，包括Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth以及1個(gè)Sub-1 GHz集成的芯片，要想達(dá)到用低功耗控制器和保持無線連續(xù)，TI希望在能量采集概念范疇下，能從光、振動(dòng)、熱量、RF上去獲取能量，為這些控制器進(jìn)行供電。”

支持毫微級(jí)電源采集

在能量分布中，RF能夠采集到非常低的能量，0.01—0.1μW/平方厘米。其次，能夠采集較低能量的還有震動(dòng)，稍微高一點(diǎn)到50-250μW;再接下來是熱量，這個(gè)器件是TEG熱電耦合技術(shù)，能夠利用兩端的溫差產(chǎn)生電流和電壓;在這些能量中，太陽能相對(duì)還是比較實(shí)用的，是功率稍微大一點(diǎn)的能量源。

文司華表示，“我們的目標(biāo)是把這些能量源收集起來。這個(gè)挑戰(zhàn)很大。一般的DC/DC轉(zhuǎn)換器輸入電壓，比如單節(jié)鋰電池用在手持設(shè)備上，電壓是幾伏，輸入電流得1A以內(nèi)。很少做到50mA以下。電壓做到1.8V以下也比較少，一般都是3V或2.5V以上。這些能量采集，比如1000μW，它提供的電壓非常少，可能少于1V，電流也是以mA級(jí)或μA級(jí)的。”

文司華進(jìn)一步解釋了bq25570、bq25505兩款產(chǎn)品的特性。TI 集成降壓轉(zhuǎn)換器的最新 bq25570 升壓充電器不但靜態(tài)流耗極低，僅為488 毫微安 (nA)，而且可在輸出電流低于 10 微安 (uA) 的情況下實(shí)現(xiàn)超過 90% 的效率，從而在供電量極低的情況下也能保持高效率。該器件不僅支持最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT)，可從光伏電池和熱電發(fā)生器提取和管理電源，而且還支持任何能源存儲(chǔ)元件，例如可充電式鋰離子電池、薄膜電池、超級(jí)電容器或常規(guī)電容器等。在長期存儲(chǔ)期間，bq25570 供電可通過“運(yùn)送模式 (ship mode)”特性禁用，使其流耗不足 5 nA。

bq25505 升壓充電器與 bq25570 類似，但可實(shí)現(xiàn)低至 325nA 的工作靜態(tài)電流。bq25505 采用獨(dú)特的自動(dòng)功率多路復(fù)用器柵極驅(qū)動(dòng)器，可通過能量采集電源與原電池實(shí)現(xiàn)無縫系統(tǒng)工作，在能量采集器不提供電能時(shí)，也能提供恒定電源，從而滿足系統(tǒng)工作需要。

芯片自耗電電流是芯片設(shè)計(jì)的最大挑戰(zhàn)

在醫(yī)療、倉儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大規(guī)模普及的情況下，對(duì)電源管理提出了新的挑戰(zhàn)，這些應(yīng)用難以獲得持續(xù)供電，只能從周圍環(huán)境或傳感器獲取能量。這就要求芯片的靜態(tài)電流必須要非常小，這是芯片設(shè)計(jì)最大的挑戰(zhàn)，因?yàn)楝F(xiàn)在在DC/DC轉(zhuǎn)換時(shí)，1—10mA自功耗是常見的，在Standby的情況是幾十個(gè)μA到100 μA，在關(guān)機(jī)情況下1—2個(gè)μA是做得不錯(cuò)的。這是通常的DC/DC的要求，但對(duì)能量采集來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因?yàn)槠溥M(jìn)來的電流一共才2μA，自己的功耗就耗掉1μA，能效是50%，這個(gè)挑戰(zhàn)需要很多研究去做，包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和芯片設(shè)計(jì)。

除了電池管理電路外，TI 還針對(duì) 300mA 輸出電流設(shè)計(jì)方案推出了最小、最低功耗的降壓轉(zhuǎn)換器 TPS62740，其可在主動(dòng)工作狀態(tài)下支持 360nA 的靜態(tài)電流，而待機(jī)狀態(tài)下靜態(tài)電流則為 70 nA。這款轉(zhuǎn)換器可在低至 10uA 的電流下實(shí)現(xiàn)超過 90% 的效率。它可實(shí)現(xiàn) 31 平方毫米的總體解決方案尺寸，支持可編程輸出電壓特性與 DCS-Control™ 功能，從而可為 TI 超低功耗 MSP430FR59xx 微控制器 (MCU) 等微控制器、以及 SimpleLink™ CC2541 無線 MCU 等藍(lán)牙 (Bluetooth®) 低能耗解決方案供電。此外，TPS62740 的集成型負(fù)載開關(guān)還可為 LED 或傳感器等臨時(shí)使用組件節(jié)省電源。

對(duì)于更低電流設(shè)計(jì)而言，TI 針對(duì) 200mA 設(shè)計(jì)方案的最新 TPS62737 轉(zhuǎn)換器以及針對(duì) 50mA 設(shè)計(jì)方案的 TPS62736 可在主動(dòng)工作期間實(shí)現(xiàn) 370nA 的超低靜態(tài)電流，在睡眠模式下實(shí)現(xiàn) 15nA 的靜態(tài)電流，而在輸出電流不足 15uA 的情況下也可實(shí)現(xiàn) 90% 的效率。

芯片靜態(tài)電流這的問題解決之后，能量實(shí)際還不能直接給末端的產(chǎn)品供電，比如無線電廣播Zigbee、藍(lán)牙、MCU，因?yàn)樽钌僖驳靡獛资蛏习傥布?jí)的功耗，因此，存儲(chǔ)元件必須存在。在無電池供電中，存儲(chǔ)元件可以規(guī)定是電池，也可以用薄膜電池或超級(jí)電容之類的。