🔋 Важность режима экономии в импульсных преобразователях при аккумуляторном питании

Вступление

При использовании Li-Ion/LiPo и других аккумуляторов мы имеем диапазон напряжения (Li-Ion: 3.2В-4.2В), неподходящий для питания МК (обычно 3.3В/1.8В). Так что многие ставят повышающе-понижающий (buck-boost) или понижающий (step-down) преобразователь, который способен выдавать стабильной значение напряжения (те же 3.3В/1.8В) в течении всей разрядной кривой ХИТа.

Описание проблемы

Смотреть будем на примере TPS63020 – это мощный, эффективный 2.4МГц импульсный преобразователь от TI. Отключим от преобразователя МК и другую периферию и измерим входное напряжение, выходное напряжение и ток покоя без нагрузки:

Как видно, протекающий ток без нагрузки (или с маленькой нагрузкой) слишком большой, это значит, что даже в режиме сна (устройство просто лежит с подключенным аккумулятором) этот ток будет течь и разряжать ХИТ. Таким образом, например, аккумулятор 18650 ёмкостю 2600 мАч будет полностью высажен за:

2600 мАч/6.25 мА = 416 ч = 17.3 дней

И это довольно с большим аккумулятором 18650, а если будет ячейка 1000 мАч, то это будет и вовсе ~7 дней 😮. Это большая проблема для устройства, потому что аккумулятор к нему, как правило, подключен всегда, а часто даже встроен.

Решение

Обращаясь к листу данных микросхемы можно увидеть вывод PS/SYNC (PS - Power Save Mode), который дает возможность ввести преобразователь в режим низкого энергопотребления, что ж, давайте проверим разницу:

VIN = 4.135В	VOUT = 3.429В	PS/SYNC = VIN = 4.133В	Isupply (БЕЗ НАГРУЗКИ) = 6.25мА	PS/SYNC = 0В	Isupply (БЕЗ НАГРУЗКИ) = 0.02мА

Вот это да, ток покоя уменьшился с 6.25 мА до 0.02мА-0.03мА или в ~300 раз, таким образом с той же банкой 18650 2600 мАч оно сможет прожить во сне примерно... 14 лет (без учета потребления остальной части устройства и саморазряда).

2600 мАч/0.02мА = 130000 ч = 5416 дней = 14.84 лет

*То, что выходное напряжение и пульсации увеличились это нормально для этой микросхемы.

Выходные пульсации в разных режимах (от 12.08.2024)

Как упоминалось выше, пульсации выходного напряжения в разных режимах работы могут сильно разниться. Вот один из примеров как это может выглядеть (это не TPS63020), здесь удалось достичь низких пульсаций даже в экономном режиме за счет дополнительных компонентов в цепи обратной связи:

Без нагрузки (0A)	Легкая нагрузка (~12 мкА)	Тяжелая нагрузка (~0.8A)
ΔU=54 мВ	ΔU=53 мВ	ΔU=63 мВ

Заключение