利用超低电流、脉冲频率调制(PFM) DC-DC转换器降低待机功耗(2)

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图3. 适合无线应用的DC-DC PFM转换器原型电路，顶视图。

该原型电路适合各种非连续数据传输的无线应用。模块的峰值电流达到3A，最大平均电流为1A。为降低电流峰值并避免影响无线通信时的性能，采用了参考文献1和3中介绍的技术。此外，原则上建议设计人员采用具有低等效串联电阻的大电容。

评估设计性能

为验证电源性能，我们测量了以下参数：输入电压VIN、输入电流IIN、标称输出电压VOUT、负载电流损耗IOUT和电源效率。表3和表4所示为测量结果，包括共模输入滤波器的损耗和保护电路的损耗。另外，值得注意的是，电源在低功率下的效率低于较重负载下的效率。负载较重时，电源通常采用同步整流，

这有助于降低设备的工作损耗。

表3. 空载状态下，不同输入电压时的电流损耗

VIN IIN (V)

VOUT IOUT

(A)

(mA) (V)

12.0 0.239 3.615 0

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采用PFM控制方案的电源电流损耗已经降至0.24mA。然而，由于所选元件值的原因，控制环路可能会在某些特定负载条件下发生振荡。为防止自激，设计人员必须考虑生产环境下元件的各种容差。所以，必须

仔细选择环路电阻和电容值。

表4提供了电源在不同负载条件下的输入和输出参数，标称条件及标称负载范围内可以获得最佳效率。

表4. 标称电压下，不同负载时的效率

VIN IIN (V)

VOUT IOUT Efficiency

(A)

(%)

(mA) (V)

12.0 61 3.615 0.14 69.14

74.69

75.31

75.04

73.88 73.30

12.0 121 3.615 0.3 12.0 200 3.615 0.5 12.0 281 3.615 0.7 12.0 367 3.615 0.9 12.0 411 3.615 1

以3.6V输出为参考，无线设备在待机模式下的电流损耗小于140µA，与电源空载条件下0.24mA的输入电

流损耗相比，这一电流可忽略不计，所以DC-DC转换器的空载效率用零表示(图4)。

图4. 电源在标称输入电压(12V)、不同负载条件下的效率

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图5a. 空载时的输出电压和控制电压(10ms/div，CH1：1V/div，CH2：5V/div)

图5b. 0.1A负载时的输出电压和控制电压(20ms/div，CH1：1V/div，CH2：5V/div)

图5c. 0.5A负载时的输出电压和控制电压(20ms/div，CH1：1V/div，CH2：5V/div)

图5a、图5b、图5c和图5d中所示波形为不同负载条件下的输出电压和控制电压。随着负载增大，开关器件的栅极控制脉冲频率提高。转换器的原型电路测试给出了空载、100mA、500mA和1A电流负载下的信号。示波器测试结果形象说明了PFM控制电路的工作。弱信号在示波器上放大了5倍，以便更加清晰。X

轴表示时间，Y轴表示电压。

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图5d. 1A负载时的输出电压和控制电压(20ms/div，CH1：1V/div，CH2：5V/div)

总结

根据初步的行业调查，空载条件下具有低功耗的商用化隔离型DC-DC转换器通常具有大约20mA的最小电流损耗。因此，如果设计人员采用PFM方案，可以轻松实现低IQ、低电流损耗的隔离电源。本文所介绍

的电源在空载条件下电流损耗只有0.24mA。

参考文献

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2. J. Ig. Garate, J. M. de Diego, "Consequences of Discontinuous Current Consumption on Battery

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3. J. M. de Diego, J. Ig. Garate, "Improvements of Power Supply Systems in Machine to Machine

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补充材料

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2. J. P. Joosrting, "Power dissipation could limit smartphone performance," Microwave Engineering

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3. "MAX1649/MAX1651, 5V/3.3V或可调、高效率、低压差、降压型DC-DC控制器," Maxim Integr

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4. "MAX1771, 12V或可调、高效率、低IQ、升压型DC-DC控制器," Maxim Integrated Products数

据资料, 19-0263; Rev 2; 3/02.

5. J. Ig. Garate, J. M. de Diego, J. Monsalve, "Ultra Low Input Current Consumption Power Suppl

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10. 1 G.A. Rincora and P.E. Allen, "A Low-Voltage, Low Quiescent Current, Low Drop-Out Regula

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