最低输出的纳米级静态降压转换器ST1PS01

ST1PS01是一款400 mA 纳米静态降压转换器，能够接收 1.8 V 和 5.5 V 之间的输入电压，同时提供超低电压输出。 ST1PS01 系列有多种成员，如下表所示。在每种情况下，一个组件都有四个输出电压，微控制器可以随时通过两个数字 I/O 引脚动态选择，从而使其成为真正灵活的转换器，能够适应新的低功耗 MCU，这些 MCU 正在打破记录不断减少的消费。其尺寸仅为 1.11 mm x 1.41 mm，在 1 mA 负载下的效率为 94%，使其成为依赖电池的小型产品的绝佳选择。为了实现这样的结果，我们设计了一个新的架构，优先考虑创新和灵活性。

ST1PS01 有八种变体，提供比业内任何其他竞争产品更多的输出电压选项。对于 ST1PS01A，其宽范围可高达 2.8 V，对于 ST1PS01H，其电压范围可低至 0.625 V，这是该类型器件的业内最低输出电压。A、D 和 E 版本已经上市，而该系列的其他版本将在今年上半年年底前到达经销商处。整个系列的部署速度很快，从而为设计人员提供了快速测试新设备的可能性。还有评估板可用于测试每个转换器的特性，并更迅速地将它们集成到最终设计中。

灵活性的 3 个马达

1. 数字选择的输出电压

很容易忽视能够以数字方式选择输出电压的重要性，但它是赋予这种新架构如此灵活性的支柱之一。ST1PS01的数据表为开发人员提供了每种输出电压的引脚设置。微控制器必须驱动引脚 D1 和 D0 以选择可用的四个不同值之一。因此，当系统进入睡眠状态时，可以轻松调整输出电压以切换到低功耗模式，或者调整降压转换器以适应各种任务的需要并优化整体功耗。这种实现的结果是工程师真的不应该让 D1 和 D0 引脚悬空，而是根据应用的需要精确地驱动它们。

2. 提高效率的动态频率

ST1PS01 还通过其动态频率调整来展示其灵活性，使其能够在空载时具有显着低的静态电流，同时在很宽的负载电流范围（从 0.1 mA 到 100 mA）上保持超过 90% 的效率，无论的输出电压。其变频器的存在确实会引入一些谐波，这意味着对噪声极为敏感的应用会选择具有固定频率的组件。然而，我们的工程师专注于优先考虑功率效率和移动性而不是噪声的设计，因为对于绝大多数应用来说，这种架构比固定频率的组件提供了更多的好处。

3. 100% 占空比

如果输入不稳定并下降到其值变得非常接近输出的程度，则后者也变得不稳定并开始下降。在这种情况下，ST1PS01 切换到 100% 占空比操作，以确保输出电压跟踪输入电压。非常简单，降压转换器关闭稳压器，通过高端 MOSFET 直接连接输入和输出引脚。这意味着输入和输出的电压几乎相同，除了 MOSFET 中出现的小降。如果输入电压仅比标称输出电压高 200 mV 或更少，则器件进入 100 % 占空比。如果输入电压再次回升并高于标称电压 300 mV 或更多，则器件将离开 100 % 占空比模式并恢复正常操作。

创新架构的三大优势

1. 更快响应的不同反馈回路

与所有降压转换器一样，ST1PS01 具有一个反馈环路，用于将输出电压与参考电压进行比较。传统上，如果输出远离其目标，设备会抛出错误并将电流发送回功率级以进行整流。然而，它需要一个复杂的补偿模块，由于其固有的低带宽，限制了设备的性能。ST1PS01 将输出电压与比较器的阈值进行比较，并使用各种方案最终得到一个更简单的补偿系统，从而可以创建一个更简单的设备，可以更快地响应瞬态电流。 例如，我们使用快速和低功耗的偏移比较器而不是振荡器来快速有效地打开高端或低端，从而在轻负载时获得所需的纹波。

2.一个脉冲频率检测模块，知道打开和关闭什么

ST1PS01 还通过使用脉冲频率检测模块来降低静态电流并提高其效率。当输出电流低于某个阈值时，该架构开启高端，为输出电容充电，然后关闭其他一切。同样，如果输出电流高于某个阈值，器件将切换到高电流模式，并打开它需要响应高瞬态电流的所有模块。这种机制是可能的，因为脉冲频率检测模块测量两个脉冲之间的时间，这有助于确定输出电流以及它是否低于或高于某些阈值。

3. 更小的物料清单的优化架构

ST1PS01的框图

转换器的架构效率转化为工程师需要更少的外部组件来运行它。该器件的软启动能力意味着设计人员无需添加外部定时电容，其独创的补偿模块意味着使用 ST1PS01 在 PCB 上只需要两个小电容和一个 2.2 µH 电感。在内部，该架构也受益于这些优化，并且不使用振荡器，因为它是定义换向频率的比较器，从而能够快速改变设备的频率。我们的架构选择还允许我们在输入端使用低功耗带隙/偏置模块（见图）和更简单的电路，从而进一步降低整体功耗。

资产跟踪等方面的 ST1PS01 降压转换器

我们已经在我们的STEVAL-STRKT01 LoRa 物联网跟踪器上使用 ST1PS01 降压转换器，并预计它在资产跟踪解决方案中很受欢迎，这要归功于它在低负载或无负载时的效率和性能。这些应用程序大部分时间都处于深度睡眠模式，因此组件的静态电流测量至关重要。ST 还将在今年发布 ST1PS01 系列的 PSPICE 模型，以帮助设计人员更好地将这些新组件集成到他们的设计中。

审核编辑：郭婷