支持“物聯(lián)網(wǎng)”的無線傳感器的激增 需要為無束縛的低功耗設(shè)備量身定制的小型高效電源轉(zhuǎn)換器。 新型 LTC3129 和 LTC3129-1 專為滿足這一需要而設(shè)計(jì)。The LTC3129 LTC?3129-1 是具有一個輸入電壓的單片式降壓-升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 范圍為 2.42V 至 15V。LTC3129 具有一個 1.4V 至 15.75V 的輸出電壓范圍， 而 LTC3129-1 則提供了 1 個引腳可選的固定輸出電壓（介于 8.15V 之間） 和 200V。在降壓模式下，兩款器件均可提供 200mA 的最小輸出電流。

低功率傳感器可利用 LTC3129 和 LTC3129-1 的零電流 禁用時（在兩個VIN和 VOUT）， 和 V 上的靜態(tài)電流在的只是 選擇省電突發(fā)模式操作時為 1.3μA，使其成為理想之選 對于微功率和能量收集應(yīng)用， 其中效率極高 輕負(fù)載至關(guān)重要。他們的降壓提升 建筑使它們非常適合 到各種電源。?

LTC3129 和 LTC3129-1 包括一個固定的 1.2MHz 操作 頻率， 電流模式控制， 內(nèi)部回路補(bǔ)償，自動 突發(fā)模式操作或低噪聲 PWM 模式，精確的 RUN 引腳閾值 以允許 UVLO 閾值 編程，電源良好輸出和 MPPC（最大功率點(diǎn)控制） 優(yōu)化功率傳輸?shù)墓δ?當(dāng)使用光伏電池操作時。

緊湊型 3mm × 3mm QFN 封裝 和高度的集成便利性 LTC3129 / LTC3129-1 的放置 空間受限的應(yīng)用。只有一個 很少的外部元件和一個電感器， 可以小到2毫米×3毫米， 需要完成電源 供應(yīng)設(shè)計(jì)。內(nèi)部環(huán)路補(bǔ)償 進(jìn)一步簡化了設(shè)計(jì)過程。

3.3V 轉(zhuǎn)換器采用 室內(nèi)燈使用小 太陽能電池

圖1中的電路利用了獨(dú)特的 LTC3129 和 LTC3129-1 能夠 使用輸入電源啟動和操作 電源弱至 7.5 微瓦 — 使 它們能夠從小型操作 （小于 1 英寸2），低成本太陽能電池 室內(nèi)光照水平低于 200 勒克斯。 這使得室內(nèi)等應(yīng)用成為可能 光供電無線傳感器，其中 DC/DC 轉(zhuǎn)換器必須支持 極低的平均功率要求， 由于工作占空比低， 從非常低的可用功率，而 消耗盡可能少的功率。

圖1.3.3V太陽能供電轉(zhuǎn)換器采用室內(nèi)照明工作

為了使這種低電流啟動成為可能， LTC3129 和 LTC3129-1 的吸引力微薄 《》微安電流（關(guān)斷時較小） 直到滿足三個條件：

RUN 引腳必須超過 1.22V（典型值）。

VIN引腳必須超過1.9V（典型值）。

VCC（內(nèi)部生成自 VIN但也可以從外部供應(yīng)） 必須超過 2.25V（典型值）。

在滿足所有這三個條件之前， 該器件仍處于“軟關(guān)斷”狀態(tài) 或待機(jī)狀態(tài)，僅吸收 2μA 電流。

這允許一個弱輸入源對輸入存儲電容器充電，直到電壓高到足以滿足前面提到的所有三個條件，此時 LTC3129 / LTC3129-1 開始開關(guān)，VOUT 上升至穩(wěn)壓狀態(tài)，前提是輸入電容器具有足夠的存儲能量。器件離開UVLO的輸入電壓可通過RUN引腳上的外部電阻分壓器在2.4V至15V范圍內(nèi)設(shè)置。當(dāng) RUN 引腳電流典型值小于 1nA 時，可以使用高值電阻器來最大限度地減小 VIN 上的電流消耗。

在圖1所示的應(yīng)用示例中，CIN上存儲的能量用于在轉(zhuǎn)換器啟動后使VOUT進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)。如果 VOUT 上的平均功率需求小于太陽能電池提供的功率，則 LTC3129 / LTC3129-1 仍處于突發(fā)模式操作狀態(tài)，而 VOUT 仍處于穩(wěn)壓狀態(tài)。

如果平均輸出功率需求超過可用輸入功率，則VIN下降，直到達(dá)到UVLO，此時轉(zhuǎn)換器重新進(jìn)入軟關(guān)斷狀態(tài)。此時，VIN開始充電，允許循環(huán)重復(fù)。在這種打嗝工作模式下，VIN滯后地定位在UVLO點(diǎn)附近，在本例中，VIN紋波約為290mV。該紋波由RUN引腳上的100mV遲滯設(shè)定，由UVLO分壓器比增加。

請注意，通過將轉(zhuǎn)換器的UVLO電壓設(shè)置為所選太陽能電池的MPP（最大功率點(diǎn)）電壓（通常在開路電壓的70%至80%之間），電池始終在其最大功率傳輸電壓附近工作（除非平均負(fù)載要求小于太陽能電池的功率輸出，在這種情況下，VIN攀升并保持在UVLO電壓之上）。

進(jìn)一步優(yōu)化效率并消除 不必要地加載 V外這 LTC3129 / LTC3129-1 不消耗任何 來自 V 的電流外在軟啟動期間或 在任何時候，如果突發(fā)模式操作 選擇。這可以防止轉(zhuǎn)換器 放電 V外在軟啟動期間，因此 保持輸出電容上的電荷。 事實(shí)上，當(dāng) LTC3129 處于休眠狀態(tài)時， V 上根本沒有電流消耗外。在 LTC3129-1 的情況，V外當(dāng)前 抽取是亞微安，由于 高電阻內(nèi)部反饋分頻器。

添加備用電池

在許多太陽能應(yīng)用中，a 備用電池在以下情況下提供電力 太陽能不足。圖 2 顯示 一種應(yīng)用，其中初級鋰 紐扣電池和一些外部元件 已從 添加到轉(zhuǎn)換器 前面的示例提供備份 在以下情況下為輸出供電 光源無法提供 維持 V 所需的電源外。這 本例中使用 LTC3129，允許 V外可編程為 3.2V 以更好地 匹配紐扣電池的電壓。

圖2.帶紐扣電池備份的太陽能轉(zhuǎn)換器。

在本例中，電池用于轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)，LTC3129 被設(shè)定為將 VOUT 調(diào)節(jié)得略高于電池電壓。這確保了只要VOUT可以由太陽能輸入供電，電池就不會有負(fù)載。如果 VOUT 由于光線不足而下降，無法為負(fù)載供電，則 LTC3129 的 PGOOD 輸出變?yōu)榈碗娖?，從而將?fù)載從轉(zhuǎn)換器輸出切換至電池，從而將 VOUT 保持在電池電壓。在此期間，轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出電容能夠充電（如果有一些光可用），使負(fù)載能夠通過PGOOD信號周期性地從電池切換回轉(zhuǎn)換器。以這種方式，負(fù)載盡可能由太陽能輸入供電，并且電池僅以分時方式使用，從而延長其使用壽命。

從PGOOD連接到VCC的二極管用于在VCC（以及PGOOD）有效之前，在啟動期間保持PGOOD低電平。

選擇放置位置 備用電池

在前面的示例中，備份 電池已放置在輸出端。為 輕負(fù)載應(yīng)用，這具有 不暴露電池的優(yōu)點(diǎn) - 這 可能是低容量 具有高內(nèi)阻的電池—至 相對較高的轉(zhuǎn)換器啟動輸入 電流突發(fā)，導(dǎo)致大量電池 內(nèi)部功率下降和有損 耗散，進(jìn)而縮短電池壽命。

放置備份的缺點(diǎn) 轉(zhuǎn)換器輸出端的電池 是電池電壓必須良好 與所需的輸出電壓匹配， 而且它必須有一個相對平坦的 放電曲線以保持合理 V的監(jiān)管外.3V鋰 電池滿足這兩個要求。

將備用電池放在輸入端 轉(zhuǎn)換器的一側(cè)允許其電壓 與所需的輸出不同 電壓，但必須能夠承受 轉(zhuǎn)換器的電流越大 在啟動或負(fù)載瞬變期間繪制。 如果在輸入側(cè)使用，則鋰亞硫酰 氯化物電池一般是 長壽命應(yīng)用的更好選擇。它 可以與太陽能電池或二極管或二極管 使用MOSFET開關(guān)開關(guān)進(jìn)出， 與圖 2 類似。

5V 轉(zhuǎn)換器工作 無縫地從各種 輸入源

LTC3129-1 的工作能力 在寬負(fù)載范圍內(nèi)具有高效率 和輸入電壓最少的數(shù)量 外部組件的次數(shù)如 圖3.在此示例中，輸出， 已編程為 5V 使用 VS1–VS3 引腳，可由 5V USB 輸入，多種電池選項(xiàng) 或 3V 至 15V 墻上適配器。靈活性 從各種各樣的無縫運(yùn)行 的電源是關(guān)鍵資產(chǎn) 現(xiàn)場應(yīng)用，如軍用無線電。

圖3.多輸入5V轉(zhuǎn)換器。

LTC3129-1 的低 IQ僅 1.3μA in 休眠模式，結(jié)合高電阻 內(nèi)部反饋分頻器，使能 它以保持高效率在寬 負(fù)載范圍，如圖4所示。在 負(fù)載電流僅為 100μA，效率高 幾乎整個為 ~80% Vin范圍。這是一個重要的功能 用于延長應(yīng)用中的電池壽命 花費(fèi)很大比例 處于低功耗狀態(tài)的時間。

圖4.效率與V在以及圖5中3V轉(zhuǎn)換器的負(fù)載。

線路階躍響應(yīng)（V在是階梯式的 從5V到12V）如圖5所示， 與 V外在兩種重物下測量 和輕負(fù)載條件。在負(fù)載 200mA，該器件工作在PWM模式， 和 V外過沖僅為150mV （3%）。 負(fù)載為 10mA 時，器件處于突發(fā)狀態(tài) 模式操作，突發(fā)紋波為 100mVPK-PK（2%），且小于 100mV V外由于線路步長引起的過沖。

圖5.圖5中3V轉(zhuǎn)換器的線路瞬態(tài)響應(yīng)。

VCC 引腳是內(nèi)部 LDO 的輸出，該 LDO 從 VIN 產(chǎn)生一個標(biāo)稱值 3.9V 電壓，為 IC 供電。LDO 的設(shè)計(jì)使其可從外部反向驅(qū)動至 5V。在本例中，顯示了一個從VOUT到VCC的可選自舉二極管。

增加該外部自舉二極管有兩個優(yōu)點(diǎn)。首先，它通過向內(nèi)部開關(guān)提供更高的柵極驅(qū)動電壓，降低其RDS（ON），從而提高了低VIN和高負(fù)載電流下的效率。此外，在高VIN和輕負(fù)載下，它通過減少用于產(chǎn)生VCC的內(nèi)部LDO的功率損耗來提高效率。（請注意，VCC引腳不得升至6V以上，因此不能與更高的輸出電壓連接二極管。

增加自舉二極管的第二個優(yōu)點(diǎn)是，它允許從較低的VIN工作。啟動后，如果VCC保持在2.2V的最小值以上（在本例中為輸出電壓），則轉(zhuǎn)換器可以在較低的輸入電壓下工作，低至1.75V，此時達(dá)到固定的內(nèi)部VIN UVLO門限。這種能力擴(kuò)展了可用電壓范圍，足以使其能夠使用兩個耗盡的堿性電池運(yùn)行。請注意，如果電池電壓低于2.4V且轉(zhuǎn)換器關(guān)斷（或VOUT短路），IC將無法重新啟動。

帶MPPC的戶外太陽能轉(zhuǎn)換器/充電器

LTC3129 和 LTC3129-1 包括一種最大功率點(diǎn)控制 （MPPC） 功能，該功能允許轉(zhuǎn)換器在負(fù)載條件下將 VIN 伺服至 （由用戶設(shè)定的最小電壓）。調(diào)節(jié) VIN 可在使用高電流太陽能電池或其他具有高內(nèi)阻的電源的應(yīng)用中保持最佳功率傳輸。此功能可防止轉(zhuǎn)換器在采用限流電源工作時使輸入電壓崩潰。

MPPC 控制環(huán)路通過降低轉(zhuǎn)換器控制的平均電感電流來工作，從而在負(fù)載下保持最小編程 VIN 電壓。該電壓使用連接到VIN和MPPC引腳的外部電阻分壓器設(shè)置，如圖6的超級電容充電示例所示。MPPC 控制環(huán)路設(shè)計(jì)為穩(wěn)定，最小輸入電容為 22μF。

圖6.具有最大功率點(diǎn)控制的戶外太陽能超級電容器充電器。

注意降低電感電流 在MPPC下會導(dǎo)致輸出 電壓下降（如果它驅(qū)動一個 常規(guī)負(fù)載。因此，大多數(shù)應(yīng)用程序 使用MPPC涉及充電 大型存儲電容器（或涓流 從太陽能電池為電池充電。這 MPPC功能確保電容器或 電池以最高電流充電 可能，同時操作太陽能電池 在其最大功率點(diǎn)電壓下。

重要的是要注意，當(dāng) LTC3129 / LTC3129-1 采用 MPPC 控制， 突發(fā)模式操作被禁止，并且 五在靜態(tài)電流為幾毫安， 由于 IC 連續(xù)切換 在 1.2MHz 時。因此，MPPC 不是 適用于以下來源： 不能提供至少大約 10mA. 適用于需要 類似MPPC的功能，輸入非常弱 源，準(zhǔn)確的 RUN 引腳應(yīng)為 用于對 UVLO 閾值進(jìn)行編程，如 在圖 1 的示例中描述。

使用MPPC的本質(zhì)安全

MPPC 功能可用于其他 應(yīng)用程序，包括設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序 對于本質(zhì)安全，其中輸入 源具有串聯(lián)限流電阻 在它和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器之間。 在這種情況下，MPPC 環(huán)路會阻止 LTC3129 / LTC3129-1 也從繪圖 電流很大，尤其是在啟動期間 當(dāng)輸出電容在 充電，并導(dǎo)致輸入電壓崩潰。 圖 7 中顯示了這方面的一個示例， 其中輸入電壓保持在 最小 3V，由 MPPC 分壓器設(shè)置

圖7.3.3V轉(zhuǎn)換器，使用MPPC用于本質(zhì)安全應(yīng)用。

在這種情況下，因?yàn)檩斎腚娙?為安全起見，值限制為僅 10μF （小于建議的最小值 使用 MPPC 時的值為 22μF），一個 額外的 RC 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 添加到 MPPC 引腳以改進(jìn) MPPC 環(huán)路的相位裕量。

使用 MPPC 的輸入電流限制

請注意，MPPC 功能可用于 將最大輸入電流設(shè)置為給定 價值。通過選擇串聯(lián)輸入電阻 值并將 MPPC 電壓設(shè)置為 低于固定輸入源電壓的值， 最大輸入電流限制為：

結(jié)論

LTC3129 和 LTC3129-1 單片式 降壓-升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器提供出色的性能 低功耗性能和低功耗 現(xiàn)實(shí)世界所需的信號源靈活性 無線傳感器和便攜式電子設(shè)備 儀器。1.3μA 的超低靜態(tài)電流 電流和高轉(zhuǎn)換效率 可以無限期延長電池壽命，如果 與能量收集配合使用。

可選擇最大功率點(diǎn) 控制方案允許優(yōu)化 在廣泛的功率性能 電源范圍。不斷擴(kuò)大的 無線監(jiān)控應(yīng)用范圍 要求易于使用、高效 和靈活的直流/直流電源轉(zhuǎn)換器 解決 方案。LTC3129 和 LTC3129-1 已準(zhǔn)備好迎接這一挑戰(zhàn)。

審核編輯：郭婷