讓低功耗MSP430的功耗更低——第2部分
發布時間:2020-10-06 來源:Aaron Paxton 責任編輯:wenwei
【導讀】在《讓低功耗MSP430的功耗更低——第1部分》一文中,我們探討了特別有趣的 MSP430 屬性:盡管 MSP430 的電源電壓範圍很寬(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,因為這樣隻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製流耗。
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。原因在於當 MSP430 處於低功耗模式時,從電池獲取的電流遠遠小於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 範圍時,其性能就開始降低了。當在提供小於 100uA 電流時,我們預計效率會遠遠低於 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:

對於這個實例,可以說在大多數條件下效率可預計為:

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 向正處於低功耗模式下的 MSP430 提供 10uA 電流。由於 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。然而由於該靜態電流非常小,因此幾乎沒有影響所需的高效率。在您希望您的 MSP430 處於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,取決於您希望您的 MSP430 以什麼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並非總是處於工作狀態,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於這種模式下,那麼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,在這方麵可匹敵 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% dexiaolv。zheshiyikuanfeichanghaodeqijian,takezaigongzuojidigonghaomoshixiabaochirucigaodexiaolv。dangran,buzuzhichushijiejuefanganchicunjiaoda,suochanshengdediancifushekenenghuiyingxiangyingyong。
在支持小型可穿戴應用時,盡量使組件小型化非常重要。這裏,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(zhuan)換(huan)器(qi)之(zhi)間(jian)進(jin)行(xing)選(xuan)擇(ze)要(yao)取(qu)決(jue)於(yu)具(ju)體(ti)應(ying)用(yong)。但(dan)能(neng)確(que)定(ding)的(de)一(yi)點(dian)是(shi)添(tian)加(jia)穩(wen)壓(ya)器(qi)對(dui)延(yan)長(chang)應(ying)用(yong)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)。這(zhe)可(ke)能(neng)不(bu)太(tai)直(zhi)觀(guan),但(dan)降(jiang)低(di)提(ti)供(gong)給(gei) MSP430 的工作電壓確實能限製各種電池的流耗。
幸運的是,5 係列和 6 係列 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,需要根據係統頻率使用四個不同內核電壓中的一個來為 MSP430F643x 供電:

您nin可ke根gen據ju所suo需xu的de內nei核he電dian壓ya對dui內nei部bu穩wen壓ya器qi進jin行xing數shu字zi編bian程cheng來lai獲huo得de其qi中zhong一yi個ge內nei核he電dian壓ya,並bing可ke通tong過guo選xuan擇ze盡jin可ke能neng低di的de內nei核he電dian壓ya來lai按an照zhao上shang述shu邏luo輯ji有you效xiao節jie省sheng電dian源yuan,例li如ru降jiang低di工gong作zuo電dian壓ya可ke減jian少shao內nei核he所suo需xu的de電dian流liu。這zhe樣yang做zuo的de好hao處chu是shi無wu外wai部bu穩wen壓ya器qi可ke帶dai來lai更geng低di功gong耗hao的de優you勢shi。然ran而er唯wei一yi的de限xian製zhi是shi在zai您nin的de電dian池chi電dian壓ya高gao於yu MSP430 的最大允許電源電壓 (3.6V) 範圍時。在這種情況下,需要穩壓來將電池電壓降低至 MSP430 的電源範圍內。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 係列可通過內部 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於可接受的電壓範圍內。記住,增加一樣東西未必總是使其更大。
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