利用超低电流脉冲频率调制PFMDCDC转换器降低待机功耗

目前，许多工业系统采用电池供电的传感器和转发器，从而省去了铺设电缆的昂贵花费，并可降低整体系统的功耗。这些工业系统通常都具有工作模式和待机模式。工作模式下，传感器将数据传送到转发器（一种无线调制解调器），由转发器将数据发送给主机。待机模式下，转发器和传感器将在一段固定时间或可变时间段内处于休眠模式。这种反复的启动-停止操作被称为非连续工作模式，有助于延长设备的电池使用寿命。对于类似于浇水系统的应用，使用GSM无线模块传输传感器数据，如果需要频繁更换GSM无线模块的供电电池，例如，几个星期甚至几天更换一次，系统的维护成本将非常高。由于这类系统在大多数时间处于待机或休眠模式，降低空闲状态下的功耗对于延长电池的使用寿命非常重要。因此，空载下的电流损耗成为这类系统设计的关键，出于安全考虑，电气隔离对于此类设计也非常重要。考虑到上述因素，设计人员必须重视DC-DC转换器设计，确保空载条件下消耗尽可能低的电流。任何DC-DC转换器，即使在待机模式下，也会消耗较大电流。例如，一款商用化的电源模块（RECOM:registered:R-78A3.3-1OR），空载模式下的电流损耗达到7mA。当然，慎重选择电源拓扑，通过认真仔细的设计，能够使隔离型DC-DC转换器模块的空载电流保持在1mA以内。30倍电流损耗对减少电池更换次数的影响非常显著。例如，即使系统电池为可充电电池，较大的电源电流损耗也会导致额外的充电次数，而频繁充电将使电池过早报废，最终被送到废物处理厂。同样，如果设备采用一次性电池，较大的待机电流也会导致电池快速放电，使其过早进入废物处理厂。通过几种途径可以应对这一设计挑战，本文着重讨论了脉冲频率调制（PFM）架构的解决方案，能够使设备在工作和待机状态下的功耗比达到1700:1。