KOKY031A April   2021  – September 2021 BQ25125 , LM5123-Q1 , TPS22916 , TPS3840 , TPS62840 , TPS63900 , TPS63901 , TPS7A02

 

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전기적 특성

TJ = –40°C ~ +125°C, VIN = VOUT(nom) + 0.5V 또는 2.0V(중 보다 큰 값), IOUT = 1mA, VEN = VIN 및 CIN = COUT = 1µF(달리 언급되지 않은 경우)로 지정됩니다. 일반적인 값은 TJ = 25°C입니다.

표 1 TPS7A02 데이터 시트의 IGND 및 ISHDN의 변화.
매개 변수 테스트 조건 최소 일반 최대 단위
공칭 정확도 TJ = 25°C, VOUT ≥ 1.5 V, 1 µA(1) ≤ IOUT ≤ 1 mA -1 1 %
TJ = 25°C, VOUT < 1.5 V -15 15 mV
온도에 대한 정밀도 VOUT ≥ 1.5 V TJ = –40°C ~ +125°C -1.5 1.5 %
VOUT ≥ 1.5 V -20 20 mV
(ΔVIN) 라인 조정 VOUT(nom)+ 0.5 V ≤ VIN ≤ 6.0 V(1)) TJ = –40°C ~ +125°C 5 mV
ΔVOUT(ΔIOUT) 라인 조정(1) 1 mA ≤ IOUT ≤ 200 mA, VIN = VOUT(nom) + 0.5 V(2) TJ = –40°C ~ +85°C 20 38 mV
TJ = –40°C ~ +125°C 50
IGND 접지 전류 IOUT = 0 mA TJ = 25°C 25 46 nA
TJ = –40°C ~ +85°C 60
IGND/IOUT 접지 전류와 부하 전류 비교 5 µA ≤ IOUT < 1 mA TJ = 25°C 1 %
1 mA ≤ IOUT < 100 mA 0.25
IOUT ≥ 100 mA 0.15
IGND(DO) 접지 전류 강하(1) IOUT = 0 mA, VIN = 95% x VOUT(nom) TJ = 25°C 25 nA
ISHDN 셧다운 전류 VEN = 0 V, 1.5 V ≤ VIN ≤ 5.0 V, TJ = 25°C TJ = 25°C 3 10 nA

IQ-GND, ISHDN 및 VOUT 정확도의 변동은 모두 프로세스 기술 구성 요소의 제조 가능성을 나타내는 좋은 지표입니다. TPS7A02 데이터 시트에서 표 1에는 무부하에서 IGND가 -40°C~85°C 온도 범위에서 25nA부터 60nA까지 다양하다는 내용이 나와 있습니다. 온도에 따른 이러한 변동은 전류 미러 불일치 및 IBIAS 생성 제어를 나타냅니다. ISHDN은 실온에서 3nA부터 10nA까지 다양하며, 전력 FET 및 디지털 로직 누출 제어를 나타내는 좋은 지표입니다. VOUT 정확도는 전체 온도 범위에서 1.5% 미만이며, 이는 하위 임계값 불일치 제어를 나타내는 좋은 지표입니다.

저 IQ 설계의 잠재적 시스템 문제 방지

외부 커패시터의 누출이 문제입니다. 모든 레귤레이터의 입력 및 출력 커패시터는 IQ에 전력을 부하합니다. 그림 19는 외부 커패시터의 누출을 평가하는 훌륭한 방법을 설명합니다. 여기서 전압 드룹은 다양한 커패시터 절연 저항(Rp) 사양에 대해 시간 경과에 따라 커패시터에서 측정한 것입니다. 데이터 시트의 내용과 무관하게 커패시터의 누출을 측정하는 것이 좋습니다. 알고 있는 전압으로 커패시터를 충전하고 시간 경과에 따른 두룹을 모니터링하는 것은 다양한 커패시터 옵션을 정량화하고 비교하기에 매우 좋은 방법입니다. 절연 저항이 가장 큰 커패시터는 시간이 지남에 따라 전압 드룹이 가장 적은 것으로 나타납니다.

GUID-20210902-SS0I-CDJX-W6XN-NG3141MSRGWR-low.gif 그림 19 다양한 절연 저항에 대한 시간 경과에 따른 전압 드룹

커패시터 누출 외에도 전압계의 입력 임피던스는 저 IQ 측정 설정에서 중요한 역할을 할 수 있으며 잘못된 결과를 초래할 수 있습니다. 전력 레귤레이터의 입력 또는 출력에 배치된 일반적인 10MΩ 임피던스 전압계는 5V 전원 공급 또는 출력 전압의 경우 500nA를 기여합니다. 이 외부 누출은 TPS7A02 LDO에 대한 25nA IQ의 내부 자가 소비 IQ보다 20배 더 많습니다.

올바른 측정 방법과 전압 및 전류 계측기의 올바른 배치로 측정 오류를 방지할 수 있습니다. 그림 20은 다양한 테스트 설정에서 효율성에 미치는 영향을 보여주며, 이는 이미 0.1mA 부하보다 상당히 낮아진 것입니다. 초저 IQ 측정에 대한 설정 문제를 방지하기 위한 최상의 옵션에 대한 팁은 아날로그 디자인 학술지의 "초저 IQ 장치의 효율성을 정확하게 측정" 기고문을 참조하십시오.

GUID-20210902-SS0I-BDM5-17R3-4M1ZWJ8SWRSJ-low.gif 그림 20 설정에 따라 다른 효율성 측정 결과.

유연성과 저 IQ를 함께.

저전력 애플리케이션 설계의 핵심은 유연성입니다. 이를 확인할 수 있는 예시 중 하나는 출력 전압 값을 변경하는 것입니다. 기존의 방법은 조정 가능한 외부 피드백 분할기를 사용합니다. 하지만 이 방법을 사용하면 더 높은 정확도와 IQ를 얻을 수 있습니다. 현대의 나노암페어 전력 변환기는 R2D 인터페이스(그림 21)를 사용하므로 별도의 전류를 소비하지 않고 출력 전압을 디지털화할 수 있습니다.

GUID-20210902-SS0I-K3QP-3ZMW-FPLDFB7DRPNN-low.gif 그림 21 R2D 인터페이스.

차량용 애플리케이션의 외부 부품 개수를 줄여 IQ를 낮추다.

가혹한 자동차 환경에서 외부 저항은 시스템 레벨에서 IQ를 제한합니다. 누출 방지를 위한 요구 조건이 주어진 경우 저항은 일반적으로 100kΩ 미만으로 제한됩니다. 그러나 저 IQ 및 ISHDN에 대한 포부를 포기할 필요는 없습니다. 12V를 모니터링하는 외부 피드백 분할기는 100µA 이상의 범위에서 IQ를 달성합니다. 더 높은 저항에서 내부 피드백 분할기를 사용하면 분할기 전류를 줄일 수 있지만, 프로그램 기능은 손실됩니다.

LM5123-Q1 넓은 VIN 부스트 컨트롤러는 기존 외부 피드백 저항과 내부 저전압 레퍼런스를 교환하여 저 IQ를 달성하므로 적은 비용으로 낮은 값의 저항을 사용할 수 있습니다. 전압 레퍼런스 및 피드백 저항의 혁신적인 배치를 통해 앞의 예에서 300µA IQ는 20배 이상 감소합니다. 그림 22 참조.

GUID-20210902-SS0I-TQXV-TS2Z-KTKRSCMDXNHM-low.gif 그림 22 저 IQ 자동차 환경에서 유연한 프로그래밍.

LM5123-Q1과 마찬가지로, LMR43610/20 36-V, 1-A/2-A 벅 컨버터는 피드백 네트워크를 통합함으로써 IQ를 최소화하는 데 있어 독특한 접근 방식을 활용합니다. LMR43610/20은 시작 시점에 VOUT/FB 핀에 대해 임피던스 점검을 실시합니다. VOUT/FB 핀은 엔지니어가 조절식 출력 전압 기능을 활용하기 위해 채택할 수 있는 외부 피드백 네트워크 존재 여부를 감지합니다. 외부 피드백 저항이 전혀 감지되지 않는 경우, 장치는 출력 전압을 3.3V 또는 5V로 고정하는 통합형 피드백 네트워크를 자동 활용합니다. 이는 피드백 네트워크를 통해 누출을 최소화하고 IQ를 낮춥니다.

LMR43610/20 같은 많은 스위치 모드 전원 장치는 IC를 위한 내부 회로에 전원을 공급하기 위해 내부 LDO를 사용합니다. 저전압 애플리케이션은 보통 입력 전압에서 직접 내부 LDO에 전력을 공급합니다. 그러나 이러한 내부 LDO 전원 공급 방법을 사용할 경우 LDO에서 전원 손실이 발생하게 되면 입력 전압에도 그만큼 직접적인 영향을 미치기 때문에 광범위한 입력 전압을 사용하는 설계인 경우 고유한 문제점에 부딪히게 됩니다.

문제 해결을 위해서는 입력부에서 전력을 끌어오는 대신 LMR43610/20은 내부 LDO에 대한 전원 공급을 위해 VOUT/FB 핀에서 공급되는 동일한 전압을 활용하고 이어서 전체 IQ_VIN를 최소화하기 위해 전체 내부 회로에 바이어스를 적용합니다. 그 결과 내부 LDO 전류가 VOUT / (VIN * η1) 만큼 감소하게 됩니다. 이 기능은 본 백서 전체에 걸쳐 언급하고 있는 방법과 결합되어 LMR43610/20에 150°C TJ에서 <3 μA(최대)라는 동급 최고 수준의 IQ와 정격 12VIN, 3.3VOUT, 2.2MHz 변환에 대해 1 mA에서 거의 90%에 가까운 저부하 효율을 제공합니다.

GUID-20201001-CA0I-NBVQ-BSHR-3LG30PQ3VVZ9-low.gif 그림 23 효율성: VOUT = 3.3 V(고정), 2.2 MHz

시스템 수준에서 저 IQ를 지원하는 기능을 활성화하거나 스마트하게 하다.

장치 수준 향상을 통해 시스템 수준 설계를 간소화할 수 있습니다. 이러한 예 중 하나는 TPS22916, 60mΩ, 10nA 누출 부하 스위치에서 발견되는 스마트 활성화 기능입니다. 이 장치는 매우 낮은 누출 및 IQ 성능 외에도 스위치를 켤 수 있는 스마트한 방법을 제공합니다. 일반적으로 스위치를 제어하는 마이크로컨트롤러가 고임피던스 상태가 될 경우 전원 스위치가 실수로 켜지지 않도록 하기 위해 ON 핀에 내부 풀다운이 있습니다. 이러한 풀업 및 풀다운 저항은 시스템 수준 IQ에 부정적인 영향을 미칩니다.

그림 24과 같이 TPS22916은 많은 나노-IQ 제품과 마찬가지로 소프트 시동 후 풀다운 경로를 여는 스마트 온 또는 활성화 회로가 있어 이전의 상시 가동 IQ가 제거되고 장치 전원이 꺼졌을 때 알려진 저임피던스 상태를 보장합니다.

GUID-20210902-SS0I-9H1C-DWBS-KLRJF3HVTG1W-low.gif 그림 24 장치 전원이 꺼져있을 시 ON 핀의 임피던스가 낮게 유지될 수 있도록 보장하는 스마트 지원 회로.
VIN = 2.0 V(VOUT ≤ 1.5 V.
부하 조정은 IOUT = 1 mA에서 출력 전압으로 정규화됩니다.
설계에 따라 지정