ZHCY154B September   2021  – April 2023 BQ25125 , LM5123-Q1 , LMR43610 , LMR43610-Q1 , LMR43620 , LMR43620-Q1 , TPS22916 , TPS3840 , TPS62840 , TPS63900 , TPS7A02

 

  1.   1
  2.   概述
  3.   内容概览
  4.   IQ 的影响因素
  5.   为何低 IQ 会带来新的挑战
    1.     瞬态响应
    2.     纹波
    3.     噪声
    4.     芯片尺寸和解决方案面积
    5.     泄漏和亚阈值操作
  6.   如何打破低 IQ障碍
    1.     解决瞬态响应问题
    2.     解决开关噪声问题
    3.     解决其他噪声问题
    4.     解决芯片尺寸和解决方案面积问题
    5.     解决泄漏和亚阈值操作问题
  7.   电气特性
    1.     18
    2.     避免低 IQ 设计中潜在的系统缺陷
    3.     实现低 IQ,但不失去灵活性
    4.     减少外部元件数量,从而降低汽车应用中的 IQ
    5.     支持系统级低 IQ 的智能开启或启用功能
  8.   结语
  9.   低 IQ 的主要产品类别

解决瞬态响应问题

改善瞬态响应的关键是从最佳拓扑开始。例如,TPS61094 支持低 IQ 和快速瞬态响应。TPS61094 是一款双向降压/升压转换器,在超级电容充电(降压)和超级电容放电(升压)模式下,其低 IQ 为 60nA。TPS61094 监测输出端的 dv/dt 斜率,并在任一给定时刻调整其调节行为以优化瞬态性能。这样可以快速地检测输出电压降,同时保持低 IQ。因此,当TPS61094 开始支持备用电源或超级电容器的峰值负载时,输出电压几乎保持恒定。

必须尽可能减少耗电块的数量,因此拓扑越简单越好。例如,具有 75nA IQ 的 TPS63900 四开关降压/升压转换器使用单一模式来调节高于、低于或等于输入电平的输出电压。除核心架构之外,在进入轻负载时使用采样保持技术可将所有内部支持功能的 ISHDN 降至最低。

可以通过零电流反馈分压器、数字辅助控制和动态偏置来节省更多电流。动态偏置是一项众所周知的技术,但当工作电流仅为几纳安时,该技术就变得非常具有挑战性。为避免低偏置电流下的增益下降,可以将跨导和输出电阻作为偏置电流的函数进行适当整形,从而实现 IQ 高效的恒定增益放大器。

另一项技术使用快速启动电路。通过缩短采样保持基准系统的启动时间,带隙核心和比例放大器电路的导通时间显著缩短。这样提高了开关时间比,从而将平均电流降低至纳安级范围内,同时保持噪声和精度水平。

为了改善线路瞬态响应,前馈技术以节能的方式应用于电压调节环路。使用瞬态检测电路调节偏置电流或使能电路,进一步减小输出电压骤降,并缩短稳定时间。

图 11 说明了这些技术在 TPS63900 中的应用。线路瞬态在输出电压上几乎不可见,远低于开关纹波,而其他器件则表现出 100mV 的变化。

GUID-20210902-SS0I-FDM5-X1G6-RMN5GJ4D6XZM-low.gif图 11 VIN = 2.5V 至 4.2V、VOUT = 3.3V、IOUT = 1mA 时的线路瞬态响应:TPS63900 (a);同类竞争器件 (b)。