發布日期：2022-04-28 點擊率：67
Other Parts Discussed in Post: TPS782
作者 Aaron Paxton
在上周的《讓低功耗 MSP430 的功耗更低》一文中，我們探討了特別有趣的 MSP430 屬性：盡管 MSP430 的電源電壓范圍很寬（1.8 至 3.6V），但功耗會隨提供給 MCU 的特定電壓變化而變化。換句話說，電源電壓從 1.8V 提高到 3.6V 會明顯增大電池的流耗。這是我們想要盡量避免的，因為這樣只會導致電池電量更快耗盡，最終給這部分用戶帶來困擾。
這就是穩壓器能幫上忙的地方。我們正在通過降低電源電壓有效限制流耗。
然而，在選擇穩壓器時有幾個應該重視的注意事項。首先，一定要知道何時使用 LDO，何時使用 DC/DC 轉換器。盡管 DC/DC 轉換器的高效率特性很有吸引力，但考慮應用的占空比或您希望 MSP430 進入休眠狀態的頻繁程度也很重要。原因在于當 MSP430 處于低功耗模式時，從電池獲取的電流遠遠小于工作狀態下的電流消耗。而且它處在較輕負載下時，典型降壓轉換器（即降壓 DC/DC 轉換器）的效率開始降低。請看一下在輕負載模式下降壓轉換器 TPS62122 的效率曲線：
盡管轉換開關在這些較輕負載下性能非常出色，但一旦輸出電流降至 uA 范圍時，其性能就開始降低了。當在提供小于 100uA 電流時，我們預計效率會遠遠低于 70%。
讓我們將其與 LDO 對比。與 DC/DC 轉換器不同，LDO 的效率不會隨輸出電流出現很大變化。其通常可簡化為：
但是，一旦輸出電流變得越來越輕，該公式就會出現問題。在這種情況下考慮功耗時，我們還必須將 LDO 的靜態電流納入考慮因素。為此，我們必須使用以下公式：
可以說我們正在使用 TPS78222 向正處于低功耗模式下的 MSP430 提供 10uA 電流。由于 TPS782 具有 420nA 的靜態電流，我們應該將效率預計在 70.3%。我們看到效率有所下降，是因為不得不考慮提供給 LDO 的靜態電流。然而由于該靜態電流非常小，因此幾乎沒有影響所需的高效率。在您希望您的 MSP430 處于低功耗模式下以延遲時間周期時，最重要的是提供盡可能低的靜態電流。
如前文所述，選擇最高效率的選項，取決于您希望您的 MSP430 以什么樣的頻率進入低功耗模式。健身腕帶或智能手表等可佩戴應用并非總是處于工作狀態，它們可能有很長的空閑時間周期，可以讓 MSP430 進入低功耗模式。在這種情況下流耗會下降，如下圖中低功耗模式所示：
如果應用的大部分時間都處于這種模式下，那么更高效率的選項通常就是低靜態電流 LDO。但如果應用具有較高的占空比，轉換開關通常將實現更長的電池使用壽命。
回想一下，TI 最近發布了一款降壓 DC/DC 轉換器，其可在輕負載下保持很高的效率，在這方面可匹敵 LDO。TPS62740 是一款 360nA 靜態電流的轉換開關，即使在向負載提供 10uA 的電流時，也能保持 90% 的效率。這是一款非常好的器件，它可在工作及低功耗模式下保持如此高的效率。當然，不足之處是解決方案尺寸較大，所產生的電磁輻射可能會影響應用。
在支持小型可穿戴應用時，盡量使組件小型化非常重要。這里，根據應用的尺寸情況，LDO 可能比降壓轉換器更合適，因為它具有更少的外部組件，而且無需電感器。
到目前為止應該非常明顯了，在低靜態電流 LDO 或 DC/DC 轉換器之間進行選擇要取決于具體應用。但能確定的一點是添加穩壓器對延長應用電池使用壽命非常關鍵。這可能不太直觀，但降低提供給 MSP430 的工作電壓確實能限制各種電池的流耗。
幸運的是，5 系列和 6 系列 MSP430 都能通過集成 PMM 或電源管理模塊來充分發揮這一優勢。如下圖所示，需要根據系統頻率使用四個不同內核電壓中的一個來為 MSP430F643x 供電：
您可根據所需的內核電壓對內部穩壓器進行數字編程來獲得其中一個內核電壓，并可通過選擇盡可能低的內核電壓來按照上述邏輯有效節省電源，例如降低工作電壓可減少內核所需的電流。這樣做的好處是無外部穩壓器可帶來更低功耗的優勢。然而唯一的限制是在您的電池電壓高于 MSP430 的最大允許電源電壓 (3.6V) 范圍時。在這種情況下，需要穩壓來將電池電壓降低至 MSP430 的電源范圍內。這對通常提供 4.2V 電壓的鋰離子電池來說很常見。低靜態電流 LDO 或高效率降壓轉換器可在將功耗保持最低的同時降低該電壓。
當涉及低功耗計算時，MSP430 是最佳選擇。其低功耗模式可幫助它節省大量電源。但是，我們還應該記住，電源電壓也可決定 MCU 所消耗電流的量。利用低靜態電流 LDO 或高效率 DC/DC 轉換器將電池電壓降到較低水平，我們可有效延長電池使用壽命。幸運的是，最新 MSP430 系列可通過內部 PMM 來充分發揮這一屬性優勢。但有時仍然需要降低電壓使其處于可接受的電壓范圍內。記住，增加一樣東西未必總是使其更大。
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