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電源/智慧型能源 Share print

降低待機功耗是滿足國際需求的關鍵

2013年07月22日  | Vince Stueve

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新的能效控制方法

切換穩壓器製造商已經研發出可提高降壓裝置的低電流效率性能的新控制方法。例如,麥瑞公司 (Micrel) 的 HLL (HyperLight Load) 開關方案可提供優於 93% 的峰值效率,當電流低至 1 毫安時,只下降至 89% 左右圖 3)。

圖 3
圖3: 新的控制方法,如麥瑞公司的 HLL (HyperLight Load) 切換方案,可以從滿負載到低至 1 毫安培的電流始終維持高效。



在高電流時,HLL 穩壓器在其連續模式下工作,視型號而定,會在 3 至 4 MHz 範圍內開關。隨著負載電流降低,HLL 穩壓器會進入其間斷遲滯模式,且僅在需要在一個狹窄的範圍內維持輸出時,才切換其高壓側 MOSFET 一段時間。

HLL 穩壓器在連續模式下的輸出紋波非常小—約為 3 mV。在遲滯模式下,波動幅度的確會增加,但通常只有 18 mV 左右。在1.8-V的電壓軌上,這只有 1%。

HLL 穩壓器的高時鐘頻率讓電源子系統設計能讓穩壓器與小型晶片電感器及陶瓷電容器配對。對電源設計而言,僅使用陶瓷電容器運作有許多好處:採用電介質的陶瓷電容,如 X7R,可提供高電容密度和低導熱率電容的良好結合。

陶瓷電容往往比極化介質電容器具有更低的 ESR(等效串聯電阻),可產生較低波動的穩壓器輸出,並支援低負載階躍回應電壓偏差。最後,與大多數極化介質電容器相比,陶瓷電容器的體積更小,有利於更緊湊的電路板佈局。緊湊的佈局可最大程度地縮小輸出濾波迴路區,此有助於將排放降至最低。

HLL 穩壓器有單通道和多通道版本,能夠進一步提高需要多個電壓軌負載的功率密度。例如,麥瑞公司的 MIC23450 是一個三通道、3 MHz 的 HLL 穩壓器,能夠在1 mA 提供每通道高達 2 A、最高 93% 的峰值效率和 81% 的典型效率(圖 4)。

圖 4
圖4: 利用新型控制方法的切換穩壓器,如麥瑞公司的 HyperLight Load,可在一個很寬的動態電流範圍內提供出色能效。



麥瑞公司設計的 MIC23450 能夠搭配範圍在 470 nH 到 2.2 μH 的小電感器運作。較低的電感值可提供更快的瞬態回應;較高的電感值可提供更低的輸出電壓紋波。標稱 1-μH 的電感器和 4.7-μF 的輸出濾波電容器可提供出色的負載瞬態回應(圖 5),並在全脈衝寬度調制 (PWM) 模式下的 5 mV 典型低輸出紋波在 HL L模式下僅上升至 30 mVpp。

該穩壓器每通道只消耗 23 μA 典型靜態電流,在關機時下降至每通道 10 nA。採用如此低的工作電流,2.7 至 5.5 V 輸入電壓範圍,和一個小型 5 毫米 x 5 毫米封裝,MIC23450 對於各種不同的可攜式電池供電產品,如 GPS 導航機和數位相機而言,都是一個有吸引力的選擇。對於諸如 WIFI/WIMAX/WiBro 模組和無線區域網路卡等通信應用來說,三通道 HLL 穩壓器也極具吸引力。 HLL 系列的其他型號也適用於各種不同的輸入電壓和輸出電流。

圖 5
圖5:HyperLight Load切換穩壓器可以迅速從滯後模式切換到全 PWM 模式,提供出色的負載瞬態回應。




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