線性穩(wěn)壓器、開關型穩(wěn)壓和降壓轉換器比較

近年來，智能手機等移動設備、可穿戴式設備及IoT設備等用電池驅動的電子設備迅速普及，像esp32/esp8266、Cortex M0、PIC16這樣的低功耗MCU應用越來越廣泛。這些器件電源電壓為3.3V或5V，為了提高它們的設計靈活性和性能，要求電源芯片更小更薄;另外為了提高它們的便利性，要求電池具有更大容量并更大程度地降低功耗。

為了提高產品的設計靈活度并確保配置新功能所用的空間，為這些MCU器件提供穩(wěn)定的3.3V或是5V的小電流并非易事，電源效率、輸出電壓紋波、封裝和成本等都是選型時要考慮的重要因素，這需要在LDO、開關型穩(wěn)壓器和DC/DC降壓轉換器等電源管理器件中進行對比。

線性穩(wěn)壓器(LDO)

線性穩(wěn)壓器(LDO)是常用的最簡單方法。在很多情況下，假如電流很小、效率又不重要的話，這是一個很好的解決方案。但當輸入、輸出電壓差增大時，尤其是在遇到負載電流稍微加大的狀況時，穩(wěn)壓器的功率損耗就可能變成一個敏感問題。在工業(yè)場合下，輸入電壓的波動隨時都可能發(fā)生，所以穩(wěn)壓器的容許輸入電壓范圍必須足夠大以便能夠承受這種波動。

例如，RT9058和RT9069有一個特別的好處，就是當負載很小時穩(wěn)壓器自身的消耗幾乎為0，其靜態(tài)電流僅僅只有2μA。

開關型穩(wěn)壓器(Switching Regulator)

為了獲得較高的電壓轉換效率，某些情況下必須考慮使用開關型降壓轉換器。因為是為微型的MCU供電，負載電流很小，轉換器的開關損耗在總的轉換損耗中要比開關的導通損耗扮演更重要的角色，可它又是必然存在的東西，所以降低開關工作頻率成為主要的選擇，但由于要以突發(fā)模式工作的緣故，由此導致的較高輸出電壓紋波是必然的結果。

例如，RT6200GE是一款低電流、非同步Buck架構降壓轉換器，可以工作在36V電壓下，其工作頻率為1.2MHz，使用 SOT-23-6 的小型封裝。由于其較高的工作頻率，使用相對較小的電感和輸出電容成為可能，輸出紋波也會比較小。

在輕負載操作時，RT6200GE 工作在電流不連續(xù)模式，其上橋 MOSFET 將根據(jù)需要偶爾跳過一些脈沖以保證輸出電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)。IC 內部嵌入了一個下橋 MOSFET 用于適時地為自舉電容充電。由于負載電流不大，外部肖特基二極管可以選用電流較小的型號，同樣是因為電流不大，二極管的正向壓降會比較小，而開關速度也會很快，這使得在整個輸入電壓和輸出電壓范圍內都能取得很高的轉換效率。

超低功耗DC/DC降壓轉換器

在新興的穿戴式設備、移動設備，電池驅動的IoT設備(傳感器節(jié)點)、小型工業(yè)設備(報警器、警報設備、電子貨架標簽等)IoT領域，開發(fā)目標是“紐扣電池10年驅動”。

例如，ROHM開發(fā)的降壓型DC/DC轉換器BD70522GUL內置MOSFET，實現(xiàn)了超低消耗電流180nA。BD70522GUL支持高達500mA的輸出電流。ULP(超低功率)模式的恒定開啟時間(COT)控制提供了卓越的瞬態(tài)響應，并通過在10μA負載范圍內提供卓越的輕載效率延長了電池壽命。輸出電壓可以通過VSEL引腳從9個預設電壓中選擇。當輸入電壓接近輸出電壓時，集成電路進入100%接通模式，開關操作停止。

為了加速小而薄的物聯(lián)網設備開發(fā)，REFLVBMS001-EVK-001評估板上安裝有采用ROHM超低靜態(tài)電流技術Nano Energy的電源IC和復位IC、支持新型低電壓二次電池的充電控制IC、日本礙子株式會社的薄型大容量鋰離子二次電池EnerCera。

其中，180nA超低靜態(tài)電流的電源IC可以更大程度地降低應用中電源部分的功耗，同時，支持更寬充電電壓范圍的充電控制IC可對充電、監(jiān)控和放電進行控制。使用這款評估板，可輕松評估包含薄型二次電池在內所有安裝元器件厚度實現(xiàn)僅0.60mm以下的超薄超高效電池管理解決方案。

審核編輯：湯梓紅