№10 / 2018 / статья 5

Использование конвертеров с малым током покоя для DC/DC-преобразования высокого напряжения

Малый ток покоя интегральных DC/DC-преобразователей, таких как LM5165 производства компании Texas Instruments, и использование их в качестве дополнительной, помимо LDO, ступени преобразования позволяет значительно повысить КПД систем питания автономных бытовых электроприборов.

В устройствах с батарейным питанием при проектировании систем преобразования мощности важно обращать внимание на малый уровень тока в режиме ожидания. Для некоторых применений, таких как ручной электроинструмент, устройства управления освещением, беспроводные газонокосилки, имеются специфические требования к значению тока покоя.

Эти устройства работают от аккумуляторных батарей с рабочим диапазоном напряжения 12…48 В или выше. Использование линейных регуляторов с малым падением напряжения (LDO) для преобразования высокого напряжения батареи в напряжение с более низким значением увеличивает мощность потерь на проходном транзисторе регулятора, что приводит к ускоренному разряду батарей из-за большого тока в режиме ожидания (standby). Например, если у вас имеется аккумуляторная батарея напряжением 48 В и вы пытаетесь преобразовать это напряжение в рабочее напряжение 5 или 3,3 В, то КПД такого преобразования (как соотношение VOUT/VIN), составит 10,4%. Входной ток, потребляемый от батареи, будет таким же, что и ток на выходе.

Предположим, что ток потребления в режиме покоя для всех периферийных устройств составляет 5…10 мА; этот ток непосредственно разряжает батарею, если используется только LDO. DC/DC-преобразователь в свою очередь уменьшает входное потребление за счет процесса переключения встроенных в него полевых транзисторов

На рисунке 1 представлены данные о входных токах для DC/DC-конвертера LM5165 в зависимости от входного напряжения и диапазона нагрузок.

Рис. 1. Входной ток LM5165 при разных токах нагрузки

Рис. 1. Входной ток LM5165 при разных токах нагрузки

Как легко увидеть, при входном напряжении 48 В и нагрузке 10 мА входной ток конвертера составляет 1,3 мА. Это почти десятикратное сокращение входного тока по сравнению со схемами, где применяется исключительно LDO, и где токи нагрузки и входной равны 10 А.

Работа конвертера в ключевом режиме снижает текущее потребление по входу. Рисунок 2, взятый из документации синхронного преобразователя LM5165, показывает, что при нагрузке, близкой к нулю, микросхема не переключается непрерывно. Вместо этого она ждет определенный период времени, затем снова переключается. Рисунок 2a был получен в отсутствии нагрузки, а рисунок 2б – при нагрузке 25 мА.

Рис. 2. Осциллограммы работы: а) на холостом ходу; б) при токе нагрузки 25 мА

Рис. 2. Осциллограммы работы: а) на холостом ходу; б) при токе нагрузки 25 мА

LM5165 обеспечивает большую гибкость при разработке автономных электроинструментов, что показано на рисунке 3.

Рис. 3. Пример блок-схемы для электроинструмента с батарейным питанием

Рис. 3. Пример блок-схемы для электроинструмента с батарейным питанием

Для устройств с батарейным питанием зачастую критичным требованием является малый размер устройства. На рисунке 4 изображена оценочная плата на базе LM5165 с выходными параметрами 5 В и 25 мА, которая может вписаться  в габариты 12х15 мм.

Рис. 4. Размер оценочного модуля LM5165

Рис. 4. Размер оценочного модуля LM5165

Таким образом, можно использовать преобразователи с малым током покоя, чтобы повысить общий КПД системы при работе с высокими входными напряжениями. Если все-таки возникает необходимость применить LDO из-за его свойств, связанных с уменьшением шумов, то использование DC/DC в качестве дополнительной ступени преобразования, может уменьшить входной ток, потребляемый от аккумуляторной батареи.

Оригинал статьи

Наши информационные каналы

О компании Texas Instruments

В середине 2001 г. компании Texas Instruments и КОМПЭЛ заключили официальное дистрибьюторское соглашение, которое явилось результатом длительной и успешной работы КОМПЭЛ в качестве официального дистрибьютора фирмы Burr-Brown. (Как известно, Burr-Brown вошла в состав TI так же, как и компании Unitrode, Power Trend и Klixon). С этого времени компания КОМПЭЛ получила доступ к поставке всей номенклатуры производимых компанией TI компонентов, ...читать далее