将 ULQ 降压稳压器用于节能电源产品

电池寿命在便携式设备中扮演着越来越重要的角色，有助于整体用户体验。在设计电池供电设备时，更长的电池寿命已成为工程师考虑的首要任务之一。能源之星和类似标准不仅要求提高设备在正常运行期间的效率，而且还要求降低待机状态下的能耗。

如果我们想进一步节省能源，那么在电气设计中实施的电源管理" target="_blank">电源管理集成电路 (IC) 是一个瓶颈。在各种电源管理 IC 中，降压稳压器是使用最广泛的解决方案。单个电气设计可能具有多个开关降压稳压器通道。这些电源轨在一天中的大部分时间都处于关闭或待机状态。这些电源轨在轻负载下的功率损耗将在浪费的总能量中占主导地位。市场上的大多数降压稳压器都使用节能的 Eco-mode™ 脉冲跳跃控制方案来提高轻载效率。Eco-mode 控制方案降低了开关频率，并在几个开关脉冲之后保持高侧和低侧功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 关闭几个周期。

即使采用 Eco 模式控制方案，也很难满足能效标准。问题是在 Eco 模式控制状态期间，当两个功率 MOSFET 都关闭时消耗的电流。非开关状态下的输入电流称为非开关静态电流 (Iq)，表示使内部逻辑模块保持活动状态的最小电流。通过特殊的硅设计，可以在非开关状态下禁用大多数非关键块。常开模块、监控模块和检测模块使用来自 IC 内部电源的很少电流。Iq 将保持在最低水平以节省能源。此功能称为超低静态电流 (ULQ)。使用 ULQ，在 Eco 模式控制状态下将进一步提高轻载效率。

让我们将具有 ULQ (Iq = 45µA) 的降压稳压器与没有 ULQ (Iq = 310µA) 的降压稳压器进行比较。图1是轻载条件下效率与输入电流的对比图。对于24V输入电压和5V无负载输出电压，不带ULQ的稳压器的输入电流为0.480mA，而带ULQ的稳压器的输入电流仅为0.116mA。

图 1：ULQ 和非 ULQ 降压稳压器效率和输入电流比较

ULQ 功能旨在为处于待机模式的电池供电系统和节能家用电器提供极低的功耗。需要 12V 和 24V 电源轨的典型电池供电系统包括便携式设备，如笔记本电脑、带有 12V/24V 直流电机的无绳机械工具和无线扬声器。无人机、汽车娱乐系统和许多其他应用等远程控制系统也需要 ULQ 在待机期间消耗最少的电池电流。计算机、服务器、白色家电、加热和冷却系统、家用电子产品、成像设备和智能家居设备等室内电器制造商可能会遵守能源之星等节能标准。ULQ 功能，连同 Eco 模式控制方案，

新款 TPS54202/TPS54302

为满足节能需求，TI 推出了 TPS54202 和 TPS543302。这些 ULQ 降压稳压器是具有两个集成 N 沟道 MOSFET 的 28V、2A/3A 同步降压转换器。它们通过峰值电流模式控制实现了固定的 400kHz 开关频率。它们的 45µA Iq 仅为不带 ULQ 的器件 Iq 的 15%。图 2 是一个简单的 TPS54202/TPS54302 原理图。

图 2：TPS54202/TPS54302 的简单原理图

在轻载条件下，TPS54202/TPS54302 将进入高级 Eco 模式控制方案状态。当电感峰值电流低于 300/500mA 时，器件将阻止高侧 FET 导通并在几个周期内跳过脉冲。在脉冲跳跃期间以及高侧和低侧 FET 均关闭的情况下，该器件通过禁用大部分内部电路模块仅消耗来自输入源的最小非开关静态电流 (45µA)。只有一些保持监控状态和快速恢复的永远在线块和动态偏置块保持活动状态。一旦器件退出 ULQ 模式并且内部 FET 再次开始开关，所有禁用的模块将被唤醒。ULQ 功能确保 TPS54202/TPS54302 在待机状态下具有更好的能效性能。

使用 ULQ 降压稳压器将为节能电源产品的设计带来好处。对于具有 ULQ 功能的电池供电设备，待机模式能耗的降低将大大延长电池寿命。对于必须通过能源之星等标准的家电，ULQ技术将显着提高能效。带有 ULQ 的 TPS54202/TPS54302 将为低能耗的更美好世界做出贡献。