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分析RT5705 和 RT5707A这两款Buck转换器,睡眠消耗极低
发布时间:2020-07-29
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分析RT5705 和 RT5707A这两款Buck转换器,睡眠消耗极低
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一个成年人,如果工作时间少、睡觉时间多,要么是病人,要么是懒人,多被认为是不好的。

相反,一个电子系统,如果工作时间少、睡觉时间多,多半属于好的设计,因为它节能省电。

电子系统在工作和睡眠时都会耗电,但可能会有很大差别。有的系统睡眠状态的消耗几乎接近于零,我们用的笔记本电脑就是这样,合起来就可以拿走,还可以用这样的状态代替关机,下次再用时很快可以恢复原貌。满足这种极端需求的电源系统需要在工作时很强大,睡眠时可以关掉一部分,持续工作的部分则要消耗最小化。

需要将睡眠时的消耗降到极小的系统在设计时可以考虑使用下面的两款 Buck 器件,它们的静态电流消耗只有几百 nA,甚至还带有负载开关,因而可以在轻载情况下获得极高的效率,对延长电池使用时间非常有利。

• 360nA 之 RT5707/A

RT5707 和 RT5707A 的输入电压范围为 2.2V-5.5V,输出电压范围分别为 1.2V-3.3V 和 0.7V-3.1V,负载能力分别为 600mA 和 400mA,可以支持峰值电流为分别为 1A 和 0.5A 的应用,支持 100% 占空比应用(意味着输入、输出压差可以非常低)。这些参数其实都很平常,值得关注的是它们的静态电流消耗典型值只有 360nA,因而可以取得非常好的轻载效率。
先来看看简化的原理图:

这个电路太简单了,唯一值得说道的是 VSEL1/2/3 这三个端子,它们的连接状态可以决定输出电压,两者之间的对应关系如下表所示:

其中,VSEL1/2/3 的状态 1 表示连接 VIN,状态 0 表示连接 GND。实际上,1 代表的是高电平,0 代表的是低电平,假如你要建立一个输出电压可调的电源系统,把这几个端子和 MCU 的 GPIO 端子连接起来就可以了。假如你有多种电压的应用,备货却只需要一种,只是在不同的应用中有不同的连接方式,这对减轻库存压力有很大好处。

RT5707/A 的封装是晶圆级的 WL-CSP-8B(没有我们常见的塑封材料外壳),平面尺寸仅有 0.9mmX1.6mm,包括焊球在内的最大厚度只有 0.6mm,用在空间极其有限的穿戴式装备中真是太恰当不过了。

RT5707/A能实现超低静态电流的原因是它采用一种被称为 HCOT 的控制架构,其中的 H 代表的是 Hysteretic,也就是我们常说的滞回式或迟滞式;COT 则是 Constant On Time 的缩写,即固定导通时间。很显然,H 的部分给了它低耗电特性,COT 则给了它快速响应特性,这是从好的方面来看的。从不好的方面来看,H 会带来较高的纹波,对某些应用来说需要考察其适应性。下面就来看看规格书提供的 3.3V 输出时的纹波数据统计图:

从中可以看出,轻载条件下的纹波较大(H 模式),重载以后纹波就大幅度下降了,因为前者是电流不连续状态,后者是电流连续状态。输入电压不同时,纹波表现不一样,输入电压越低,纹波数值也越低,这种特性涉及到的是在能够达成的最短导通时间内充入电感和输出电容的能量的多少问题。重载情况下的纹波表现就趋于一致了,因为电感电流已经连续了。从实用的角度看,大多数应用在轻载时对纹波的要求其实是不高的,所以这里看到的特性中的不良部分对应用的影响并不大。

现在来看看效率表现:

两幅图分别对应不同的输出电压,输出电压越高则效率也越高,这是由物理规律决定的,我们无法改变此特性。重点在于无论是轻载或重载,它的效率都很好,尤其是轻载效率高到一般器件完全无法达到的程度,因而是短时工作、长时待机应用的理想选择。

• 600nA 之 RT5705

RT5705 与 RT5707/A 类似,但是有它特别的地方:一是输出电压可以设定出16 种值(1.8V-3.3V,步进值为 0.1 V),负载能力为 1A;二是多了一个负载开关,可以将开关以后的负载供电完全切断而只是保持主输出的有效;三是多了一个 Power Good 状态指示输出,可以用于需要时序管理的应用中,或者就是单纯地做一个状态指示。因此,它的电路图画出来以后就是下图这个样子,其中含有主负载(如 MCU)和子负载(如 WIFI 模组、传感器)的标识框,说明了系统不同部分之间的关系。

由于多了一些功能,RT5705 的静态消耗也高一些,为 600nA,但仍然是一个很小的数值。

转载自RichtekTechnology。

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