瞄准能源采集应用 TI强推超低功耗PMIC

2014-02-08 13:42:12来源: 互联网

能源采集(Energy Harvesting)应用发展可望更加成熟。看准能源采集市场成长潜力,德州仪器(TI)推出五款最新一代电源管理积体电路(PMIC),可高效采集及管理微瓦(µW)至毫瓦(mW)等级的电能,为无线感测器网路、监控系统、穿戴式医疗设备、行动配件等应用实现随时供电的愿景。

  德州仪器亚洲区高效能类比产品市场开发行销经理何信龙表示,德州仪器针对能源采集技术推出的一系列解决方案,能以超低功耗的方式将微弱的能量转换为电能。

  德州仪器亚洲区高效能类比产品市场开发行销经理何信龙表示,以电池为主要供电方式的电子产品,在设计上须考量如何提高运作效能及降低功耗以延长电池使用寿命;而工程人员除想方设法降低系统功耗外,亦期待系统能随时捕捉生活中唾手可得的能量,如光能、电磁波、热能或微小震动所产生的能量等,并将其转换为电能以为系统供电。

  不过,这些能源并不像能稳定供电的电池,也因此系统在不同的环境下采集到的能源状况变幻莫测,像是来源不稳定、能量过于微弱且转换效率差等各种不确定因素,也间接造就了电源管理晶片的高设计挑战;何信龙进一步解释,要能捕捉到如此微小的能量且将它顺利转换为可利用的电能,晶片的操作电压及静态电流(Iq)范围都要远低于一般电源管理晶片,增加了电路设计的复杂度。

  有鉴于此,德州仪器此次针对能源采集技术推出的五款产品,分别为升压充电器--bq25505、bq25570及直流对直流(DC-DC)降压转换器--TPS62736、TPS62737、TPS62740,即具备了超低功耗及低电压/电流的优势,以让微弱能量得以顺利升压及降压;以bq25570为例,其电压操作范围约为0.12~3伏特(V),而目前市面上稳压器最低电压操作范围则系介于2.7~5V。

  除此之外,何信龙强调,在晶片设计上除须让微弱的电源升/降压无虞之外,另一个重要的考量即是如何将静态电流降至最低;如此一来,即使采集到的能量非常微弱,晶片亦能以超低耗能的方式随时待命及运作,而不会消耗掉比采集到的能量更多的电源。

  以德州仪器此次发布的系列产品为例,静态电流都降至360~488奈安培(nA),且可在输出电流低于10微安培(µA)的情况下达到超过90%的转换效能。

  何信龙指出,低静态电流是能源采集技术的设计关键,而晶片要具备此一特性,除须掌握专业设计知识外,亦须搭配特殊制程;由于德州仪器为整合元件制造商(IDM),因此能针对不同的应用搭配自有的特殊制程而推出较竞争对手更为完整的解决方案。

  不过何信龙坦言,虽然产业界对能源采集技术抱有高度兴趣,但该市场的需求并未真正起飞,主因系其生态系统目前还不完整,除须电源管理晶片商提出完整的解决方案外,各技术领域的业者亦须投入开发,让生态系统更为健全,以协助工程人员降低系统开发成本并简化设计复杂度,让能源采集技术更臻完善。


  详细介绍

  毫微级电源采集

  TI 集成降压转换器的最新 bq25570 升压充电器不但静态流耗极低,仅为488 毫微安 (nA),而且可在输出电流低于 10 微安 (uA) 的情况下实现超过 90% 的效率,从而在供电量极低的情况下也能保持高效率。该器件不仅支持最大功率点跟踪 (MPPT),可从光伏电池和热电发生器提取和管理电源,而且还支持任何能源存储元件,例如可充电式锂离子电池、薄膜电池、超级电容器或常规电容器等。在长期存储期间,bq25570 供电可通过“运送模式 (ship mode)”特性禁用,使其流耗不足 5 nA。

  bq25505 升压充电器与 bq25570 类似,但可实现低至 325nA 的工作静态电流。bq25505 采用独特的自动功率多路复用器极驱动器,可通过能量采集电源与原电池实现无缝系统工作,在能量采集器不提供电能时,也能提供恒定电源,从而满足系统工作需要。

  超低功耗 DC/DC 转换器

  除了电池管理电路外,TI 还针对 300mA 输出电流设计方案推出了最小、最低功耗的降压转换器 TPS62740,其可在主动工作状态下支持 360nA 的静态电流,而待机状态下静态电流则为 70 nA。这款转换器可在低至 10uA 的电流下实现超过 90% 的效率。它可实现 31 平方毫米的总体解决方案尺寸,支持可编程输出电压特性与 DCS-Control™ 功能,从而可为 TI 超低功耗 MSP430FR59xx 微控制器 (MCU) 等微控制器、以及 SimpleLink™ CC2541 无线 MCU 等蓝牙 (Bluetooth®) 低能耗解决方案供电。此外,TPS62740 的集成型负载开关还可为 LED传感器等临时使用组件节省电源。

  对于更低电流设计而言,TI 针对 200mA 设计方案的最新 TPS62737 转换器以及针对 50mA 设计方案的 TPS62736 可在主动工作期间实现 370nA 的超低静态电流,在睡眠模式下实现 15nA 的静态电流,而在输出电流不足 15uA 的情况下也可实现 90% 的效率。

  支持能源采集设计

  作为电源管理集成电路与 MCU 的领先供应商,TI 正在通过创新产品以最高效率及最低功耗从环境源提取和管理能源,将低功耗设计推向新高。2011 年,TI 推出了支持 330nA 低静态电流的 bq25504 升压充电器电路。此外,TI 还可提供支持任何低电压、低功耗设计需求的升压转换器、降压转换器以及电池充电器。

关键字:能源采集  超低功耗  PMIC

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2014/0208/article_23962.html
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