采用低静态电流降压转换器延长和节省电池寿命

延长和节省电池寿命对于现场的许多便携式系统至关重要，例如远程传感器，因为低电池电量可能意味着丢失有价值的传感器数据。更重要的是，由于电池供电设备的位置，在许多应用中更换电池可能不实用或成本有效。因此，在这些系统中将电池输入电压转换为所需电平的电压调节器本身必须消耗超低功率，尤其是在系统处于空闲或待机状态时。

通过设计，为了节省电力，这些系统主动在空闲和活动状态之间切换。实际上，远程监控系统大部分时间都处于低功耗空闲状态，但需要突发高功率来传输数据。这些类型的应用在空闲状态下需要最小的电流消耗以最大化电池寿命，并且在被呼叫以提供几瓦功率时无缝转换到活动模式。那么，在这种系统中使用的电压调节器也必须能够做到这一点。除了在低电流空闲状态期间保持良好调节的输出电压，这些调节器应能够快速自动地适应不断变化的负载条件。此外，它们必须为保持活动功能提供必要的电压。

考虑到这些因素，凌力尔特公司发布了名为LT3971和LT3991的超低静态电流单片式降压稳压器。在高负载和轻负载条件下提供高性能时，在轻负载情况下，它们仅消耗1.7μA的静态电流。但是，这些调节器在需要时可以提供高达1.2 A的电流。唯一的区别在于输入电压范围。 LT3971的额定输入电压范围为4.3至38 V，LT3991的输入范围更宽，为4.3至55 V.

超低静态电流

根据凌力尔特公司设计特性中的讨论标题为“ 1.2降压转换器在调节零负载时仅消耗2.8μA，接受38 VIN或55 VIN“由John Gardner提供，¹当输出负载较低时，LT3971/LT3991降低开关频率，仅在需要时为输出供电。在电流脉冲之间，器件的大部分内部电路被关闭，以将静态电流降至仅1.7μA。即使没有负载电流，反馈电阻和肖特基钳位二极管的泄漏也可以作为几微安的负载电流，从而增加了应用电路的静态电流。通过使用几兆欧的反馈分压器电阻和具有低泄漏的肖特基钳位二极管（Diodes Inc.的DFLS240）（图1），在无负载12 V时调节3.3 V输出时仅消耗2.8μA输入电流输入。设计文章表明，在无负载调节3.3 V输出时，图1中的应用电路能够在整个输入电压范围内实现低输入电流（图2）。

图1：在12 V输入无负载的情况下调节3.3 V输出时，LT3971仅消耗2.8μA的输入电流。

图2：图1中基于LT3971的电路在无负载调节3.3 V输出时，在整个输入电压范围内实现了低输入电流。

根据制造商的说法，LT3971/LT3991的静态电流非常低，即使与电池的自放电相比也是如此。众所周知，可充电电池具有显着的自放电功能;镍镉（NiCd）电池在一个月内可能会损失大约15％到20％的电量。凌力尔特公司的文章指出镍氢（NiMH）电池可能更糟，“低自放电”镍氢电池每年损失约15％至30％的电量。同样，铅酸电池每月放电几个百分点，锂二次电池的放电速度只有一半。

根据Linear的John Gardner的说法，这些放电率对应于最坏情况下超过100μA的自放电和最佳情况下的数十微安。加德纳表示，原电池的自放电率要低得多。因此，碱性和锂原色可能需要5到15年才能减少20％的电量。根据加德纳的解释，这仅相当于几微安的自放电电流。相比之下，LT3971的静态电流比可充电电池的自放电低一个数量级。因此，LT3971对电池寿命的影响非常小。然而，原电池的自放电与LT3971的静态电流相当。 Gardner指出，在这种情况下，电池的排水速度只有它只是坐在架子上的两倍。

关于输出电压纹波，LT3971/LT3991数据表显示，这些器件在整个负载范围内提供的电压小于15 mVPP。在轻负载情况下，调节器进入突发模式操作，当部件检测到输出电压低于调节值时，单电流脉冲用于为输出电容充电。单脉冲操作对于控制输出电压纹波至关重要，因为根据凌力尔特设计文章中的解释，多个脉冲会过快地对输出电容充电。每个电流脉冲的峰值设置为约330 mA，在突发模式操作负载范围内产生一致的纹波性能。图3中的开关波形显示了10 mA负载的纹波性能。

图3：对于10 mA负载电流下的3.3 V输出，输出电压纹波低于15 mVPP，输出电容为22μF。

无与伦比的性能

制造商表示，没有妥协实现LT3971/LT3991的低静态电流。此外，该器件具有良好的瞬态性能和完整的功能集。具有内部补偿的峰值电流模式控制方案在负载和温度范围内保持良好的稳定性。但是，为了实现这一性能，Linear建议在输出和FB引脚之间使用10 pF相位超前电容。从0.5 A负载和25 mA负载开始，对0.5 A负载阶跃的测量响应如图4所示。如图所示，调节器在突发模式操作和完全开关频率之间显示平滑过渡。

图4：LT3971的瞬态响应描述了25至525 mA负载阶跃和0.5 A至1 A负载阶跃。如图所示，突发模式和全频操作之间的转换是平滑的。

LT3971/LT3991的开关频率可通过外部电阻在200 kHz至2 MHz之间编程。通过将外部时钟连接到SYNC引脚，开关频率可以快速达到2 MHz。软启动功能通过在启动期间限制开关电流限制来限制器件的浪涌电流。当使能引脚为低电平时，SS引脚被主动下拉。

由于LT3971/LT3991的静态电流在关断模式下非常低，因此内部带隙基准仍然可以工作，仅消耗700 nA的输入电流。当VIN高于4.3 V时，此功能允许稳压器提供1 V使能引脚阈值。因此，当使能引脚高于1 V时，器件使能并可以切换，当使能引脚低于1 V时，根据Linear的说法，部件已关闭且无法切换。

简而言之，LT3971/LT3991提供此类脉冲负载的能力对于满足低占空比传感器和能量收集应用的需求非常重要，这些应用可以利用超低静态 - 电流性能和1.2 A单片式降压稳压器LT3971和LT3991的最大负载。