【導(dǎo)讀】許多電池供電的應(yīng)用需要降壓轉(zhuǎn)換器才能在100%占空比條件下工作，其中VIN接近VOUT，以便在電池電壓達到最低值時延長電池續(xù)航時間。
例如，假設(shè)有兩節(jié)鋰-二氧化錳（Li-MnO2）電池為智能電表供電。Li-MnO2電池是一次性非充電電池，由于使用壽命較長（長達20年），再加上比鋰亞硫酰氯電池更具成本效益，其在智能電表或水表中的應(yīng)用日益廣泛。
圖1所示為兩個串聯(lián)（2s1p）的Li-MnO2電池的系統(tǒng)配置，然后逐步降壓為微控制器供電。
圖1：智能電表電源架構(gòu)
超低靜態(tài)電流（IQ）DC/DC轉(zhuǎn)換器可幫助您設(shè)計電池壽命長達20年的應(yīng)用。智能電表應(yīng)用的負載曲線并非連續(xù)負載，而是可變負載曲線。為了延長電池壽命，系統(tǒng)僅會偶爾消耗高電流（發(fā)送無線信號或啟動閥門），然后再回到極低負載狀態(tài)。此類負載曲線能夠在微安培范圍內(nèi)實現(xiàn)低平均電流消耗。在這種輕負載下的高效率需要超低靜態(tài)電流IQ，尤其是在關(guān)斷時間內(nèi)。關(guān)斷時間內(nèi)的電流消耗可能遠低于平均電流消耗。
德州儀器的 TPS62840 超低功耗降壓轉(zhuǎn)換器的工作IQ僅為60 nA，可以調(diào)節(jié)3.3-V電源軌。TPS62840在100%模式下具有極低的靜態(tài)電流IQ - 150 nA ,進一步延長了電池續(xù)航時間。
為了更好地幫您設(shè)計和模擬超低電源電路，WEBENCH® Power Designer 這款在線工具可根據(jù)您的規(guī)格創(chuàng)建定制電源設(shè)計。
在我們的示例中，每節(jié)電池的平均電壓約為3.0 V。新電池的初始電壓約為3.2 V，完全放電后電壓可降至2 V以下。假設(shè)每節(jié)電池放電降至1.8 V且新電池的電壓為3.2 V時，請將這些參數(shù)輸入WEBENCH Power Designer（圖2）。
圖2：在WEBENCH Power Designer中輸入的設(shè)計規(guī)范
在WEBENCH®PowerDesigner搜索工具中使用3.6 V最小輸入電壓可產(chǎn)生51種可能的器件，但TPS62840并非其中一種。 這是為什么？
WEBENCH專注于兩個初始參數(shù)，以幫您找到適合您系統(tǒng)的最佳器件：
1. VINMIN > VOUT是WEBENCH Power Designer在降壓轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)的用戶輸入中尋找的首檢參數(shù)。如果VINMIN > VOUT，那么WEBENCH Power Designer會選擇降壓轉(zhuǎn)換器作為解決方案列表的一部分。如果VINMIN ≤ VOUT，WEBENCH Power Designer會建議使用降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)您的VOUT，而非使用100％占空比模式下工作的降壓轉(zhuǎn)換器。這是因為WEBENCH希望為您提供一個解決方案，即使VINMIN ≤ VOUT，您的VOUT也會受到調(diào)節(jié)。
2. 通過首檢后，復(fù)檢將驗證計算的占空比是否大于降壓轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)表中規(guī)定的最大占空比。對于可在100%占空比模式下工作的降壓轉(zhuǎn)換器，99.9%用作閾值。計算占空比時包括損耗。這增加了WEBENCH Power Designer中計算的占空比，遠遠高于理想的VOUT/VIN。
選擇眾多器件后，WEBENCH Power Designer會為每個器件執(zhí)行詳細設(shè)計。
根據(jù)使用的輸入?yún)?shù)，可以觀察到以下三種不同結(jié)果：
● TPS62840 WEBENCH Power Designer型號的VIN為3.2 V 到6.4 V、IOUT_MAX = 0.75 A 和 VOUT = 3.3 V（圖3）。
圖3：輸入電壓過低時的故障消息
由于最小VIN低于VOUT，設(shè)計更新失敗。此設(shè)計未通過WEBENCH的首檢。
● TPS62840 WEBENCH Power Designer型號的VIN為3.6 V 到6.4 V、IOUT_MAX = 0.75 A 和 VOUT = 3.3 V（圖4）。
圖4：占空比過高時的故障消息
該設(shè)計不會更新，因為計算時的占空比包括高側(cè)MOSFET RDSON和電感器DCR等損耗。此處，占空比值大于99.9%。此設(shè)計未通過WEBENCH的復(fù)檢。
● 在VIN為3.7 V 到6.4 V、IOUT_MAX = 0.75 A 和 VOUT = 3.3 V的TPS62840 WEBENCH Power Designer上選擇設(shè)計界面（圖5）。
圖 5：WEBENCH Power Designer中顯示的TPS62840
最后一個示例顯示了TPS62840，因為此設(shè)計通過了兩次檢查。
如何在接近100%占空比時更有效地使用WEBENCH Power Designer：
● 輸入電壓和輸出電壓之間增加一個充足的delta，以減少占空比。
● 降低輸出電流，以減少損耗并減少占空比。
這兩種解決方案都能使WEBENCH Power Designer使用TPS62840進行設(shè)計。在實際應(yīng)用中，在100%下模式工作是正常的并且通常是可接受的，以便使電池完全放電。在100%模式下，降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓隨著電池電壓的降低而降低。但這仍然適合大多數(shù)負載的系統(tǒng)規(guī)格。
其他資源
● 閱讀我們的技術(shù)文章，了解所有電源軌是否需要低靜態(tài)電流Iq
● 考慮智能電表的TI設(shè)計
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