環境能源可以代表使用能量收集的設計中的不確定電源。在這些設計中,使用“電源良好”信號對于僅在可接受電平可用時才能使關鍵IC(例如MCU和存儲器)的操作特別重要。工程師可以利用半導體制造商提供的各種可用解決方案來解決這個問題,包括ADI公司,飛兆半導體公司,凌力爾特公司,麥克雷爾公司和德州儀器公司等。
對于能量收集設計,需要依賴來自環境能源的涓流功率驅動相應的需求,不僅需要仔細關注單個設備的功耗和總體功率預算,還需要能夠檢測何時功率達到最低水平電路操作所需。對于許多能量收集應用,正確的電路操作僅需要識別系統功率已達到所需水平。對于相關的IC,這種識別以“電源良好”信號的形式出現,當電壓電平達到工程師設定的閾值時,該信號保持啟用。
對于更復雜的設計,工程師可以利用專用PMIC或專用能量收集設備中的復雜電源管理功能。然而,對于旨在最大限度地減少設備數量和系統復雜性的設計,工程師還將發現內置于能量收集設計核心組件中的組件功能。
低壓差(LDO)穩壓器,如德州儀器(TI)TPS797xx系列,飛兆半導體FAN2558,麥克雷爾MIC5248和MIC5258以及ADI公司ADP2140等,提供特定的“電源良好”輸出信號作為漏極開路輸出。通常用于基于MCU的低功耗應用,這類器件提供的電源良好信號通常可以直接使用,也可以只使用簡單的上拉電阻。它可以直接用作MCU的上電復位信號或低功率信號,適用于更一般的應用。
與此類其他器件一樣,TI TPS797xx器件中的片上比較器將VOUT與片上參考信號進行比較(圖1)。當VOUT超過TI TPS797xx器件中穩壓電壓的約90%時,電源正常信號保持有效,直到VOUT降至約90%以下。
圖1:在TI TPS797xx LDO系列中,當VOUT超過參考電壓電平的約90%時,電源正常信號有效。片上比較器(德州儀器公司提供)。
Fairchild FAN2558電源良好信號提供更嚴格的容差,當VOUT上的電壓大于指定輸出電壓的95%時斷言 - 以及增加額外的監控條件,包括熱關斷和過流壓降檢測。飛兆半導體器件還包括電源良好輸出延遲,允許額外的時間使電源電路穩定,然后再啟用依賴于電源良好輸出信號變化的任何負載(圖2)。
圖2:Fairchild FAN2558 LDO使用延遲電源良好輸出,不僅可以發出低電壓操作信號,還可以發出其他故障信號。請注意,這是固定輸出電壓版本。旁路引腳僅在FAN2559上提供(由Fairchild Semiconductor提供)。
與飛兆半導體器件一樣,Micrel MIC5248和MIC5258 LDO IC也可根據電壓,熱關斷和過流壓降條件提供延遲電源良好信號。 Micrel器件提供更嚴格的容差,提供89%Vout的低閾值和97%VOUT的高閾值。
對于ADP2140 LDO中的電源良好輸出信號,ADI公司在電壓監控電路中引入了少量遲滯,進一步對測量信號進行去線,以減少噪聲或外部擾動可能無意中觸發電源良好信號的可能性。
如果規格要求沒有電源良好輸出的穩壓器,工程師通常可以使用可用的輸出引腳設計一個。例如,德州儀器(TI)TPS61175不提供內置電源良好信號,但工程師可以使用外部比較器(如德州儀器TL331)設計一個,以將VOUT與TPS61175的內部基準電壓進行比較,該基準電壓由TPS61175的FREQ輸出跟蹤。信號(圖3)。
圖3:在這種情況下,工程師可以使用外部比較器來設計電源良好輸出,以監控Vout與TI TPS61175 LDO中FREQ信號跟蹤的器件內部基準電壓之間的差異(在德州儀器公司提供) 。
專為能量收集應用而設計的設備通常包括內置電源良好信號。例如,凌力爾特公司的LTC3108和LTC3109 DC/DC轉換器將多個輸出源與連接到初級電壓輸出的電源良好信號相結合。兩款器件均具有-7.5%的功率良好閾值,相對于上升電平的VOUT和下降電平的Vout的-9%。線性部件具有在這些設備上打開輔助輸出電源VOUT2的附加功能。因此,例如,LTC3108/9電源良好信號可用作上電復位信號以啟動MCU。反過來,MCU可以根據需要打開VOUT2,為缺少內置睡眠模式的傳感器和放大器等外部電路供電。
德州儀器bq25504采用電池管理功能設計,具有類似的電源良好信號及其VBAT_OK輸出信號。使用此設備時,VBAT_OK用于在蓄電池或電容器上的電壓降至預設臨界水平以下時向連接的MCU發送信號,指示應立即降低負載以防止出現欠壓狀態。 TI建議在實際設計中,VBAT_OK將用于驅動位于其VSTOR電壓輸出和負載之間的外部開關,以在能量收集應用中將負載與能量存儲設備分離。
在由不同環境能源驅動的能量收集設計中,使用準確的電力良好信號至關重要。工程師可以在許多器件中利用內置的電源良好信號,或者使用外部比較器設計簡單的電源良好電路,以監控VOUT與參考電壓電平之間的關系。在許多情況下,專門為能量收集而設計的器件將電源良好輸出信號與多個電壓源相結合,以提供優化低功耗設計中功率利用所需的靈活電源管理功能。
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