一種替代小型電子設(shè)備中電源軌組的方法

當(dāng)今的消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域點(diǎn)綴著微小的電池供電的可穿戴設(shè)備、耳戴式設(shè)備和其他“能力”。借助處理器、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)、多個(gè)傳感器和無(wú)線電，這些設(shè)備在相反的趨勢(shì)中掙扎：在較低的電壓和電流下有更多的電源軌，但節(jié)省寶貴的電池壽命對(duì)于良好的用戶體驗(yàn)也至關(guān)重要。例如，可穿戴設(shè)備可能具有以下電源軌：3V/20mA（用于RF），1.8V/20mA（用于數(shù)字功能），3.2V/75mA用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)。智能手機(jī)的電源軌范圍從1.1V/20mA到1.8V/300mA。鑒于這些電池供電產(chǎn)品所需的微小外形尺寸，在這些設(shè)計(jì)中，獨(dú)立的負(fù)載點(diǎn)電源軌是不可行的。

進(jìn)入 SIMO 電源。

對(duì)于當(dāng)今的電池供電設(shè)備，單電感、多輸出 （SIMO） 電源轉(zhuǎn)換器架構(gòu)非常適合應(yīng)對(duì)各種設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。在SIMO架構(gòu)中，單個(gè)電感器支持多個(gè)輸出，從而減少了所需的電感器數(shù)量，從而減小了解決方案尺寸，同時(shí)保持了開關(guān)轉(zhuǎn)換器的效率。在采用SIMO架構(gòu)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換器中，專有控制器可確保及時(shí)為所有輸出提供服務(wù)。即使有多個(gè)輸出尋求存儲(chǔ)在電感中的能量，情況也是如此。當(dāng)沒有任何監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要維修時(shí)，狀態(tài)機(jī)將處于低功耗待機(jī)狀態(tài)。一旦控制器確定穩(wěn)壓器需要維修，它就會(huì)對(duì)電感器充電，直到達(dá)到其峰值電流限值。然后，電感能量放電到輸出端，直到電流達(dá)到零。如果多個(gè)輸出通道需要同時(shí)維修，控制器將確保沒有輸出占用所有開關(guān)周期。

智能手表只是小型電池供電電子設(shè)備的一個(gè)例子，可以從SIMO電源中受益。

基于SIMO架構(gòu)并具有低靜態(tài)電流的轉(zhuǎn)換器特別適合預(yù)計(jì)具有較長(zhǎng)電池壽命的微型設(shè)備。在電源中，靜態(tài)電流通常是系統(tǒng)待機(jī)功耗的最大貢獻(xiàn)者。通過(guò)降低靜態(tài)電流，您可以更好地創(chuàng)建具有高效功率和長(zhǎng)電池壽命的設(shè)計(jì)。相比之下，傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得每個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器的每個(gè)輸出都需要一個(gè)單獨(dú)的電感器。這很好，但電感器相對(duì)較大且成本高昂，因此它們不利于成本和空間受限的設(shè)備，如耳戴式設(shè)備和可穿戴設(shè)備。您可以為這些設(shè)計(jì)選擇線性穩(wěn)壓器 - 它們快速、緊湊且低噪聲，但它們也有損耗，這會(huì)影響電池壽命。另一種選擇是將多個(gè)低壓差穩(wěn)壓器（LDO）與DC-DC轉(zhuǎn)換器混合使用，但與單獨(dú)使用LDO相比，這種方法會(huì)產(chǎn)生更大的設(shè)計(jì)。SIMO 架構(gòu)克服了這些權(quán)衡。

除了節(jié)省空間和成本以及提供高效率外，與使用單獨(dú)的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器相比，SIMO 架構(gòu)還具有各種其他優(yōu)勢(shì)：

單個(gè)電感器可更好地利用 Z 高度（當(dāng)系統(tǒng)允許時(shí)）

由于時(shí)間多路復(fù)用，SIMO電感所需的總電感飽和電流（ISAT）小于單獨(dú)轉(zhuǎn)換器所需的電流（當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)關(guān)閉而另一個(gè)系統(tǒng)打開時(shí)，它們可以共享所需的ISAT）

由于電流使用峰值通常出現(xiàn)在不同的時(shí)間，這也降低了電感器ISAT的總要求。

具有低靜態(tài)電流的微型SIMO轉(zhuǎn)換器 Maxim推出了市場(chǎng)上首款獨(dú)立的SIMO降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，具有最低的靜態(tài)電流和最小的解決方案尺寸，適用于小型、功能豐富的電池供電電子設(shè)備。
MAX17270毫微功耗降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可替代電源軌簇，同時(shí)延長(zhǎng)電池壽命，一個(gè)SIMO通道的靜態(tài)電流僅為850nA，三個(gè)SIMO通道的靜態(tài)電流為1.3μA。它利用單個(gè)小型 2.2μH 電感調(diào)節(jié)三個(gè)輸出，效率高達(dá) 85%。停機(jī)電流為 300nA，工作電流為 1.3μA。由于功耗低，使用該轉(zhuǎn)換器開發(fā)的設(shè)計(jì)可以防止過(guò)熱和需要太多充電周期。與上一代僅支持SIMO的方案相比，MAX17270體積縮小了50%。因此，在更小的電路板空間內(nèi)，與使用單個(gè)降壓穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器的等效電源解決方案相比，您可以獲得更好的總系統(tǒng)效率。

MAX17270的典型工作電路

SIMO配置可以利用整個(gè)電池電壓范圍，因?yàn)樗梢援a(chǎn)生高于、低于或等于輸入電壓的輸出電壓。為了優(yōu)化效率、輸出紋波、電磁干擾 （EMI）、PCB 設(shè)計(jì)和負(fù)載能力之間的平衡，每個(gè)輸出的峰值電感電流都是可編程的。MAX17270提供高效的電源管理選項(xiàng)，非常適合各種流線型設(shè)計(jì)。它是Maxim的SIMO電源解決方案組合的一部分。降壓-升壓轉(zhuǎn)換器也是我們毫微功耗器件產(chǎn)品組合的一部分。我們的毫微功耗器件需要小于 1μA 的靜態(tài)電流，非常適合緊湊型互聯(lián)電子產(chǎn)品。因此，當(dāng)您準(zhǔn)備進(jìn)行下一個(gè)耳戴式、可穿戴或類似設(shè)計(jì)時(shí)，請(qǐng)記住 SIMO 架構(gòu)與 nanoPower 技術(shù)相結(jié)合可以為您的應(yīng)用帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。

審核編輯：郭婷