集成开/关控制器怎么提高体系能效
简介。
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在疫情影响下，高度依靠在线资源的混合作业形式加快遍及，电子体系成为了必不可少的东西。此外，联合国提出2030可继续发展议程1，电子公司正继续实践可继续发展作业，使得电子体系功率的重要性益发凸显。这要求咱们，不只在现场操作期间，更要在出产制作过程中，采纳各种办法进步能效2。
运用开/关控制器促进能效进步。
高效运用资源关于完成可继续发展方针至关重要1。咱们可以经过多种办法来有用运用资源。比较简单的办法是在不运用电子设备时将其封闭，以避免不必要的动力耗费。另一种有用办法是经过施行节能机制来完成高效牢靠的规划。
开/关控制器，尤其是那些可以用作电池保鲜密封件的控制器，是完成这些方针的有力帮手。在电路不运用时，这种控制器会断开整个电路与电池的衔接，有助于延伸电池寿数并节约动力3。这不只可以延伸产品的保质期，还能尽或许下降待机功耗，削减不必要的电池放电，然后削减动力糟蹋。
以下内容将介绍此类控制器怎么经过作业形式、集成特性和稳健性来协助节约动力。
经过待机形式和休眠形式削减动力糟蹋。
消费类电子设备常常遇到的一个问题是，现成产品常常电池电量缺乏，运用前需充电或替换电池。这表明动力运用功率低下，一起用户体会也会大打折扣。
为处理这个问题，高效的电池供电设备会选用低功率损耗电路或运用电池保鲜密封件。电池保鲜密封是开/关控制器的功用，可以经过断开电池与下流电路的衔接来避免电池放电，而在收到电路使能信号（例如来自按钮的信号）后进行衔接，如图1所示3, 4。这种电路作业形式一般称为运送形式或待机形式，其间后者愈加通用，而前者专门用于描绘产品初次运用前的状况。
但是，即使运用电池保鲜密封件，电池仍是会渐渐耗尽电量，导致体系功率受影响。耗电的程度取决于电路的待机能耗。能耗较低的器材有助于处理这个问题。例如新式MAX16169等带有电池保鲜密封件的按钮控制器，这些器材的待机电流额定值仅为几纳安，如图1所示。
图1 GPS追寻器体系中的电池保鲜密封件。按下按钮后，电池就会衔接到负载。以图1为例，电池将衔接到微控制器(MCU)、安全数字(SD)模块和全球定位体系(GPS)模块。此外，MAX16163/MAX16164中的休眠形式也有助于进一步延伸电池寿数。这些器材会周期性地在特定时刻翻开和封闭体系，定时唤醒体系中的器材，待其完成任务后，再次进入休眠形式。关于设备间歇运转的物联网(IoT)等无线监控运用，此特性十分有用5，可以经过下降待机期间的功耗，进步全体功率。图2显现了休眠形式 (即SLEEP_TIMER状况)下怎么下降功耗；当电池衔接到体系时(如图1所示)，则会呈现ACTIVE_STATE。
图2 休眠形式电流耗费。经过集成处理方案完成无形化。
PCB制作的最佳实践包含担任任的资源办理6。这包含采纳无形化办法，即在电源中运用更少、更小、更轻的电子器材2。为此，咱们可以挑选单个封装中包含多个功用的器材，然后削减所需PCB的尺度，然后下降终究产品制作的动力耗费。例如，图3中MAX16150和MAX16169整合了负载开关和按钮去抖功用，而MAX16163/MAX16164还增加了时序功用。请注意，MAX16150和MAX16169的方框图十分类似。
此外，传统办法一般运用实时时钟、负载开关和按钮控制器来完成，图4的集成处理方案将对此加以改进。MAX16163/MAX16164集成处理方案不只可以将处理方案尺度缩小60%，并且在坚持相同功用的前提下，还能将电池寿数延伸20%5。
凭借高ESD额定值器材进步体系级稳健性。
在集成电路中参加静电放电(ESD)维护电路，关于保证电路在恶劣环境下的牢靠性至关重要。这些电路需求接连稳定地运转，因而需求满意的维护来抵挡外部浪涌7。体系规划人员经过ESD测验办法来评价产品的抗静电功用，例如人体模型(HBM)办法用于器材级ESD测验，而IEC 61000-4-2模型用于体系级测验8。
器材级ESD测验旨在保证IC在制作过程中不会遭到静电放电的损坏。HBM模仿带电人体触摸IC的场景，将具有潜在损坏力的ESD经过IC释放到地上。体系级ESD测验旨在保证器材可以在各种实践运用中的作业条件下接受瞬态事情，包含防雷。为了满意此要求，发布的产品有必要依照IEC 61000-4-2 ESD规范模仿实践瞬态条件，进行严厉测验。尽管HBM和IEC 61000-4-2 ESD测验办法均模仿带电人体放电至电子体系的场景，但IEC 61000-4-2规范在许多方面与器材级ESD有所不同8。
表1 HBM和IEC 61000-4-2 ESD测验办法的峰值电流比较。
施加电压(±kV)。 | HBM峰值电流(A)。 | IEC 61000-4-2峰值电流(A)。 |
2。 | 1.33。 | 7.5。 |
4。 | 2.67。 | 15.0。 |
6。 | 4.00。 | 22.5。 |
8。 | 5.33。 | 30.0。 |
10。 | 6.67。 | 37.5。 |
15。 | 10。 | 56.25。 |
40。 | 26.67。 | 150。 |
表1显现，HBM测验中的峰值电流是IEC 61000-4-2测验中的脉冲电流的1/5.6。在冲击次数方面，器材级HBM测验仅需求一次正冲击和一次负冲击，而体系级IEC 61000-4-2要求IC至少经过10次正冲击和10次负冲击才干经过8。这意味着为了到达相应的IEC 61000-4-2额定值，体系工程师应该考虑运用HBM额定值高得多的器材。例如，HBM ESD额定值为+15 kV的体系（如MAX16150）或许满意±2 kV的IEC 61000-4-2额定值要求。类似地，具有+40 kV HBM ESD额定值的器材（如MAX16163/MAX16164和新式MAX16169）可协助完成±6 kV IEC 61000-4-2合规性。
图3 MAX16169和MAX16163/MAX16164方框图图4 分立处理方案与选用MAX16163/MAX16164的集成处理方案5。ESD额定值越高，表明器材对恶劣环境的耐受力越强。这不只能有用削减现场操作中止，进步体系的牢靠性，并且能下降毛病的或许性，然后削减频频替换产品的本钱。ADI公司的开/关控制器和电池保鲜密封件在所有引脚上均选用ESD维护结构，以便在转移和拼装过程中避免静电放电。此外，开关输入处还规划了一重额定维护。这些密封件的高HBM ESD额定值有助于体系规划满意IEC 61000-4-2规范。
定论。
若要继续进步动力功率，就有必要在从工厂出产到现场运转的整个过程中，运用可以削减动力糟蹋的器材。本文介绍了ADI公司的按钮开/关控制器和电池保鲜密封产品怎么经过待机形式和休眠形式协助削减动力糟蹋；怎么经过集成功用节约出产动力、减小PCB尺度；以及怎么经过更高的ESD额定值进步现场稳健性。
参考资料。
1“革新咱们的国际：2030年可继续发展议程”，联合国。
2 Anthony Schiro和Stephen Oliver，“宽禁带电源有望推进全球电气化进程，为咱们发明一个可继续发展的未来”，《IEEE电力电子杂志》，第11卷，第1期，2024年3月。
3“电池保鲜与密封”，ADI公司，2020年7月。
4“监控电路保证微处理器一直受控”，ADI公司，2022年4月。
5 Suryash Rai，“怎么大幅进步物联网器材的电池能效比”，ADI公司，2023年3月。
6“可继续消费类电子设备规划：PCB资料和供应链办理”，Cadence PCB Solutions。
7 Sang-Wook Kwon、Seung-Gu Jeong、Jeong-Min Lee和Yong-Seo Koo，“运用静电放电维护电路规划可以抵挡损坏且兼具可继续性的低压差稳压器”，《Sustainability》（可继续发展），2023年6月。
8 Anindita Bhattacharya，“±2kV HBM ESD维护是否足以维护物联网设备？”Semtech，2023年6月。
作者简介。
Bryan Angelo Borres是多商场Power-East事业部高功用电源监控器组的电源运用工程师。他具有菲律宾玛普阿大学电力电子研究生学位，现在正在攻读电子工程硕士学位。Bryan在电力电子规划研制范畴具有超越五年的作业经验。
Noel Tenorio是ADI菲律宾公司的产品运用司理，首要担任多商场功率处理高功用电源监控产品。他于2016年8月参加ADI公司。在参加ADI公司之前，他在一家开关形式电源研制公司作为规划工程师作业了六年。他具有菲律宾八打雁国立大学电子与通信工程学士学位、电力电子专业电气工程研究生学位，以及玛普阿大学电子工程理学硕士学位。在担任电源监控产品之前，他还在热电冷却器控制器产品的运用支撑范畴担任过重要职务。