瞄準能源采集應(yīng)用　TI強推超低功耗PMIC

　　能源采集（Energy Harvesting）應(yīng)用發(fā)展可望更加成熟。看準能源采集市場成長潛力，德州儀器（TI）推出五款最新一代電源管理積體電路（PMIC），可高效采集及管理微瓦（μW）至毫瓦（mW）等級的電能，為無線感測器網(wǎng)路、監(jiān)控系統(tǒng)、穿戴式醫(yī)療設(shè)備、行動配件等應(yīng)用實現(xiàn)隨時供電的愿景。

　　德州儀器亞洲區(qū)高效能類比產(chǎn)品市場開發(fā)行銷經(jīng)理何信龍表示，德州儀器針對能源采集技術(shù)推出的一系列解決方案，能以超低功耗的方式將微弱的能量轉(zhuǎn)換為電能。

　　德州儀器亞洲區(qū)高效能類比產(chǎn)品市場開發(fā)行銷經(jīng)理何信龍表示，以電池為主要供電方式的電子產(chǎn)品，在設(shè)計上須考量如何提高運作效能及降低功耗以延長電池使用壽命；而工程人員除想方設(shè)法降低系統(tǒng)功耗外，亦期待系統(tǒng)能隨時捕捉生活中唾手可得的能量，如光能、電磁波、熱能或微小震動所產(chǎn)生的能量等，并將其轉(zhuǎn)換為電能以為系統(tǒng)供電。

　　不過，這些能源并不像能穩(wěn)定供電的電池，也因此系統(tǒng)在不同的環(huán)境下采集到的能源狀況變幻莫測，像是來源不穩(wěn)定、能量過于微弱且轉(zhuǎn)換效率差等各種不確定因素，也間接造就了電源管理晶片的高設(shè)計挑戰(zhàn)；何信龍進一步解釋，要能捕捉到如此微小的能量且將它順利轉(zhuǎn)換為可利用的電能，晶片的操作電壓及靜態(tài)電流（Iq）范圍都要遠低于一般電源管理晶片，增加了電路設(shè)計的復(fù)雜度。

　　有鑒于此，德州儀器此次針對能源采集技術(shù)推出的五款產(chǎn)品，分別為升壓充電器--bq25505、bq25570及直流對直流（DC-DC）降壓轉(zhuǎn)換器--TPS62736、TPS62737、TPS62740，即具備了超低功耗及低電壓/電流的優(yōu)勢，以讓微弱能量得以順利升壓及降壓；以bq25570為例，其電壓操作范圍約為0.12～3伏特（V），而目前市面上穩(wěn)壓器最低電壓操作范圍則系介于2.7～5V。

　　除此之外，何信龍強調(diào)，在晶片設(shè)計上除須讓微弱的電源升/降壓無虞之外，另一個重要的考量即是如何將靜態(tài)電流降至最低；如此一來，即使采集到的能量非常微弱，晶片亦能以超低耗能的方式隨時待命及運作，而不會消耗掉比采集到的能量更多的電源。

　　以德州儀器此次發(fā)布的系列產(chǎn)品為例，靜態(tài)電流都降至360～488奈安培（nA），且可在輸出電流低于10微安培（μA）的情況下達到超過90%的轉(zhuǎn)換效能。

　　何信龍指出，低靜態(tài)電流是能源采集技術(shù)的設(shè)計關(guān)鍵，而晶片要具備此一特性，除須掌握專業(yè)設(shè)計知識外，亦須搭配特殊制程；由于德州儀器為整合元件制造商（IDM），因此能針對不同的應(yīng)用搭配自有的特殊制程而推出較競爭對手更為完整的解決方案。

　　不過何信龍?zhí)寡裕m然產(chǎn)業(yè)界對能源采集技術(shù)抱有高度興趣，但該市場的需求并未真正起飛，主因系其生態(tài)系統(tǒng)目前還不完整，除須電源管理晶片商提出完整的解決方案外，各技術(shù)領(lǐng)域的業(yè)者亦須投入開發(fā)，讓生態(tài)系統(tǒng)更為健全，以協(xié)助工程人員降低系統(tǒng)開發(fā)成本并簡化設(shè)計復(fù)雜度，讓能源采集技術(shù)更臻完善。

　　詳細介紹

　　毫微級電源采集

　　TI 集成降壓轉(zhuǎn)換器的最新 bq25570 升壓充電器不但靜態(tài)流耗極低，僅為488 毫微安 （nA），而且可在輸出電流低于 10 微安 （uA） 的情況下實現(xiàn)超過 90% 的效率，從而在供電量極低的情況下也能保持高效率。該器件不僅支持最大功率點跟蹤 （MPPT），可從光伏電池和熱電發(fā)生器提取和管理電源，而且還支持任何能源存儲元件，例如可充電式鋰離子電池、薄膜電池、超級電容器或常規(guī)電容器等。在長期存儲期間，bq25570 供電可通過“運送模式 （ship mode）”特性禁用，使其流耗不足 5 nA。

　　bq25505 升壓充電器與 bq25570 類似，但可實現(xiàn)低至 325nA 的工作靜態(tài)電流。bq25505 采用獨特的自動功率多路復(fù)用器柵極驅(qū)動器，可通過能量采集電源與原電池實現(xiàn)無縫系統(tǒng)工作，在能量采集器不提供電能時，也能提供恒定電源，從而滿足系統(tǒng)工作需要。

　　超低功耗 DC/DC 轉(zhuǎn)換器

　　除了電池管理電路外，TI 還針對 300mA 輸出電流設(shè)計方案推出了最小、最低功耗的降壓轉(zhuǎn)換器 TPS62740，其可在主動工作狀態(tài)下支持 360nA 的靜態(tài)電流，而待機狀態(tài)下靜態(tài)電流則為 70 nA。這款轉(zhuǎn)換器可在低至 10uA 的電流下實現(xiàn)超過 90% 的效率。它可實現(xiàn) 31 平方毫米的總體解決方案尺寸，支持可編程輸出電壓特性與 DCS-Control? 功能，從而可為 TI 超低功耗 MSP430FR59xx 微控制器 （MCU） 等微控制器、以及 SimpleLink? CC2541 無線 MCU 等藍牙 （Bluetooth?） 低能耗解決方案供電。此外，TPS62740 的集成型負載開關(guān)還可為 LED 或傳感器等臨時使用組件節(jié)省電源。

　　對于更低電流設(shè)計而言，TI 針對 200mA 設(shè)計方案的最新 TPS62737 轉(zhuǎn)換器以及針對 50mA 設(shè)計方案的 TPS62736 可在主動工作期間實現(xiàn) 370nA 的超低靜態(tài)電流，在睡眠模式下實現(xiàn) 15nA 的靜態(tài)電流，而在輸出電流不足 15uA 的情況下也可實現(xiàn) 90% 的效率。

　　支持能源采集設(shè)計

　　作為電源管理集成電路與 MCU 的領(lǐng)先供應(yīng)商，TI 正在通過創(chuàng)新產(chǎn)品以最高效率及最低功耗從環(huán)境源提取和管理能源，將低功耗設(shè)計推向新高。2011 年，TI 推出了支持 330nA 低靜態(tài)電流的 bq25504 升壓充電器電路。此外，TI 還可提供支持任何低電壓、低功耗設(shè)計需求的升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器以及電池充電器。