ST1PS01是一款400 mA 納米靜態(tài)降壓轉(zhuǎn)換器，能夠接收 1.8 V 和 5.5 V 之間的輸入電壓，同時(shí)提供超低電壓輸出。 ST1PS01 系列有多種成員，如下表所示。在每種情況下，一個(gè)組件都有四個(gè)輸出電壓，微控制器可以隨時(shí)通過(guò)兩個(gè)數(shù)字 I/O 引腳動(dòng)態(tài)選擇，從而使其成為真正靈活的轉(zhuǎn)換器，能夠適應(yīng)新的低功耗 MCU，這些 MCU 正在打破記錄不斷減少的消費(fèi)。其尺寸僅為 1.11 mm x 1.41 mm，在 1 mA 負(fù)載下的效率為 94%，使其成為依賴電池的小型產(chǎn)品的絕佳選擇。為了實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)果，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)新的架構(gòu)，優(yōu)先考慮創(chuàng)新和靈活性。

ST1PS01 有八種變體，提供比業(yè)內(nèi)任何其他競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品更多的輸出電壓選項(xiàng)。對(duì)于 ST1PS01A，其寬范圍可高達(dá) 2.8 V，對(duì)于 ST1PS01H，其電壓范圍可低至 0.625 V，這是該類型器件的業(yè)內(nèi)最低輸出電壓。A、D 和 E 版本已經(jīng)上市，而該系列的其他版本將在今年上半年年底前到達(dá)經(jīng)銷商處。整個(gè)系列的部署速度很快，從而為設(shè)計(jì)人員提供了快速測(cè)試新設(shè)備的可能性。還有評(píng)估板可用于測(cè)試每個(gè)轉(zhuǎn)換器的特性，并更迅速地將它們集成到最終設(shè)計(jì)中。

靈活性的 3 個(gè)馬達(dá)

1. 數(shù)字選擇的輸出電壓

很容易忽視能夠以數(shù)字方式選擇輸出電壓的重要性，但它是賦予這種新架構(gòu)如此靈活性的支柱之一。ST1PS01的數(shù)據(jù)表為開(kāi)發(fā)人員提供了每種輸出電壓的引腳設(shè)置。微控制器必須驅(qū)動(dòng)引腳 D1 和 D0 以選擇可用的四個(gè)不同值之一。因此，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)，可以輕松調(diào)整輸出電壓以切換到低功耗模式，或者調(diào)整降壓轉(zhuǎn)換器以適應(yīng)各種任務(wù)的需要并優(yōu)化整體功耗。這種實(shí)現(xiàn)的結(jié)果是工程師真的不應(yīng)該讓 D1 和 D0 引腳懸空，而是根據(jù)應(yīng)用的需要精確地驅(qū)動(dòng)它們。

2. 提高效率的動(dòng)態(tài)頻率

ST1PS01 還通過(guò)其動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整來(lái)展示其靈活性，使其能夠在空載時(shí)具有顯著低的靜態(tài)電流，同時(shí)在很寬的負(fù)載電流范圍（從 0.1 mA 到 100 mA）上保持超過(guò) 90% 的效率，無(wú)論的輸出電壓。其變頻器的存在確實(shí)會(huì)引入一些諧波，這意味著對(duì)噪聲極為敏感的應(yīng)用會(huì)選擇具有固定頻率的組件。然而，我們的工程師專注于優(yōu)先考慮功率效率和移動(dòng)性而不是噪聲的設(shè)計(jì)，因?yàn)閷?duì)于絕大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這種架構(gòu)比固定頻率的組件提供了更多的好處。

3. 100% 占空比

如果輸入不穩(wěn)定并下降到其值變得非常接近輸出的程度，則后者也變得不穩(wěn)定并開(kāi)始下降。在這種情況下，ST1PS01 切換到 100% 占空比操作，以確保輸出電壓跟蹤輸入電壓。非常簡(jiǎn)單，降壓轉(zhuǎn)換器關(guān)閉穩(wěn)壓器，通過(guò)高端 MOSFET 直接連接輸入和輸出引腳。這意味著輸入和輸出的電壓幾乎相同，除了 MOSFET 中出現(xiàn)的小降。如果輸入電壓僅比標(biāo)稱輸出電壓高 200 mV 或更少，則器件進(jìn)入 100 % 占空比。如果輸入電壓再次回升并高于標(biāo)稱電壓 300 mV 或更多，則器件將離開(kāi) 100 % 占空比模式并恢復(fù)正常操作。

創(chuàng)新架構(gòu)的三大優(yōu)勢(shì)

1. 更快響應(yīng)的不同反饋回路

與所有降壓轉(zhuǎn)換器一樣，ST1PS01 具有一個(gè)反饋環(huán)路，用于將輸出電壓與參考電壓進(jìn)行比較。傳統(tǒng)上，如果輸出遠(yuǎn)離其目標(biāo)，設(shè)備會(huì)拋出錯(cuò)誤并將電流發(fā)送回功率級(jí)以進(jìn)行整流。然而，它需要一個(gè)復(fù)雜的補(bǔ)償模塊，由于其固有的低帶寬，限制了設(shè)備的性能。ST1PS01 將輸出電壓與比較器的閾值進(jìn)行比較，并使用各種方案最終得到一個(gè)更簡(jiǎn)單的補(bǔ)償系統(tǒng)，從而可以創(chuàng)建一個(gè)更簡(jiǎn)單的設(shè)備，可以更快地響應(yīng)瞬態(tài)電流。 例如，我們使用快速和低功耗的偏移比較器而不是振蕩器來(lái)快速有效地打開(kāi)高端或低端，從而在輕負(fù)載時(shí)獲得所需的紋波。

2.一個(gè)脈沖頻率檢測(cè)模塊，知道打開(kāi)和關(guān)閉什么

ST1PS01 還通過(guò)使用脈沖頻率檢測(cè)模塊來(lái)降低靜態(tài)電流并提高其效率。當(dāng)輸出電流低于某個(gè)閾值時(shí)，該架構(gòu)開(kāi)啟高端，為輸出電容充電，然后關(guān)閉其他一切。同樣，如果輸出電流高于某個(gè)閾值，器件將切換到高電流模式，并打開(kāi)它需要響應(yīng)高瞬態(tài)電流的所有模塊。這種機(jī)制是可能的，因?yàn)槊}沖頻率檢測(cè)模塊測(cè)量?jī)蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)間，這有助于確定輸出電流以及它是否低于或高于某些閾值。

3. 更小的物料清單的優(yōu)化架構(gòu)

ST1PS01的框圖

轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)效率轉(zhuǎn)化為工程師需要更少的外部組件來(lái)運(yùn)行它。該器件的軟啟動(dòng)能力意味著設(shè)計(jì)人員無(wú)需添加外部定時(shí)電容，其獨(dú)創(chuàng)的補(bǔ)償模塊意味著使用 ST1PS01 在 PCB 上只需要兩個(gè)小電容和一個(gè) 2.2 μH 電感。在內(nèi)部，該架構(gòu)也受益于這些優(yōu)化，并且不使用振蕩器，因?yàn)樗嵌x換向頻率的比較器，從而能夠快速改變?cè)O(shè)備的頻率。我們的架構(gòu)選擇還允許我們?cè)谳斎攵耸褂玫凸膸?偏置模塊（見(jiàn)圖）和更簡(jiǎn)單的電路，從而進(jìn)一步降低整體功耗。

資產(chǎn)跟蹤等方面的 ST1PS01 降壓轉(zhuǎn)換器

我們已經(jīng)在我們的STEVAL-STRKT01 LoRa 物聯(lián)網(wǎng)跟蹤器上使用 ST1PS01 降壓轉(zhuǎn)換器，并預(yù)計(jì)它在資產(chǎn)跟蹤解決方案中很受歡迎，這要?dú)w功于它在低負(fù)載或無(wú)負(fù)載時(shí)的效率和性能。這些應(yīng)用程序大部分時(shí)間都處于深度睡眠模式，因此組件的靜態(tài)電流測(cè)量至關(guān)重要。ST 還將在今年發(fā)布 ST1PS01 系列的 PSPICE 模型，以幫助設(shè)計(jì)人員更好地將這些新組件集成到他們的設(shè)計(jì)中。

審核編輯：郭婷