Низкопотребляющие компоненты Holtek для управления питанием

Компактные и легкие мобильные электронные устройства завоевывают все больше местав окружающем нас мире. Но малые размеры и вес даются не просто — приходится экономить буквально на всем. Одной из важнейших составляющих минимизации является снижение энергопотребления, что позволяет использовать источники питания меньших габаритов и массы. Компоненты управления питанием фирмы Holtek с низким собственным потреблением позволяют разработчикам решать эту задачу.

Поскольку рассматриваемые компоненты хорошо известны и широко применяются, подробно описывать их структуру и принцип работы не будем, а уделим основное внимание характеристикам и применению. Первым в списке ИС управления питанием идет семейство детекторов напряжения НТ70ххА-1, собственный ток потребления составляет всего 4 мкА (да, микроампера — это не опечатка) типового значения, а максимальное не превышает 7 мкА. Эти трехвыводные детекторы выполнены по КМОП-технологии. Каждая ИС этой серии работает с определенным напряжением от 2,2 до 5 В (табл. 1), однако с помощью нескольких внешних элементов можно задать другое пороговое напряжение. Точный источник опорного напряжения с низким потреблением, компаратор, схема гистерезиса и выходной драйвер составляют НТ70ххА-1 (рис. 1).

Принцип работы НТ70ххА-1 достаточно прост. Источник опорного напряжения (ИОН) подключается к отрицательному входу компаратора (V
_REF), а на вход (+) через делитель поступает контролируемое напряжение. Когда напряжение на положительном входе компаратора больше V
_REF, то на выходе V
_OUT устанавливается высокий уровень, транзистор М1 отключается и напряжение на входе компаратора V
_B определяется как V
_BН= V
_DD6 (R
_B + R
_C)/(R
_A + R
_B + R
_C). Если контролируемое напряжение V
_DD снижается настолько, что V
_B меньше V
_REF, то выход компаратора переключается с высокого на низкий, V
_OUT тоже становится низким, V
_C — высоким, ключ М1 открывается и шунтирует R
_C. В этом случае VB определяется как V
_BL=V
_{DD 6} x R
_B/(R
_A + R
_B). Гистерезис позволяет избавиться от паразитной генерации при V
_B примерно равна V
_REF.

Если напряжение питания V
_DD падает ниже минимального, то состояние выхода становится неопределенным.

Определяемое напряжение при уровне выше порогового определяется как

а ниже порогового— как

Гистерезис — V
_HYS = V
_DET (+) – V
_DET (–) n-МОП выход — не единственный вариант исполнения: есть другие типы активных выходов с высоким уровнем.

Спектр применений детекторов напряжения — от схем сброса до контроля заряда аккумулятора (рис. 2–5).

Следующим узлом, где можно существенно снизить потребление, является стабилизатор напряжения, который обычно вносит весомый вклад в паразитные потери энергии (собственное потребление). Holtek решила эту проблему выпуском стабилизаторов напряжения серии HT71хх-1 в трехвыводном корпусе. Входное напряжение всех стабилизаторов этой серии равно 24 В — высокий показатель (при напряжении питания от 3 до 5 В), стабилизированное выходное напряжение находится в диапазоне от 3 до 5 В, а максимальный ток составляет 30 мА (см. табл. 2). Применение КМОП-технологии позволило получить низкое падение напряжения на стабилизаторе и ток покоя 3 мкА (максимальное значение не более 6 мкА). Хотя эта серия разрабатывалась под конкретные напряжения, но при подключении нескольких внешних элементов получится стабилизатор напряжения с требуемым напряжением. Варианты применения НТ71хх-1 приведены на рис. 6–8.

Если выходной ток недостаточен, то можно использовать стабилизаторы HT75хх-1, которые аналогичны HT71хх-1, но на выходе выдают ток до 100 мА.

Стабилизаторы серии HT73хх расширяют диапазон стабилизируемых напряжений от 1,8 до 5 В, а максимальный выходной ток составляет 250 мА (табл. 3). Но за это приходится расплачиваться снижением максимального входного напряжения до 12 В. Собственный ток потребления остается на уровне 4 мкА.

Завершая обзор компонентов Holtek с микропотреблением, остановимся на преобразователе напряжения на переключаемых конденсаторах НТ7660, у которого собственный ток потребления составляет 80 мкА (многовато по сравнению со стабилизаторами напряжения НТ7ххх, но это плата за функциональность). Основное назначение этой ИС — преобразование положительного напряжения в отрицательное (питание RS-232 и динамической памяти, удвоители напряжения и т. д.), для чего требуется всего два электролитических конденсатора. В состав преобразователя входят стабилизатор напряжения, RC-генератор и четыре мощных МОП-ключа (структурная схема приведена на рис. 9). Частота RC-генератора может быть снижена установкой внешнего конденсатора между выводами V
_DD и OSC или же подключением внешнего тактового генератора к выводу OSC. Возможна блокировка внутреннего стабилизатора напряжения заземлением (вывод V
_SS) вывода LV, что позволяет работать при меньших напряжениях.

Как уже упоминалось, в состав НТ7660 входят четыре мощных ключа S1, S2, S3 и S4 (схема рабочего режима — на рис. 10). В течение первого полупериода открыты ключи S2 и S4, а конденсатор С1 заряжается до напряжения VDD через S1 и S3. Во время второго полупериода открыты S1 и S3, а заряд с С1 переносится на конденсатор С2 через ключи S2 и S4.

Таким образом, напряжение на конденсаторе С2 составляет V
_DD. Поскольку положительный вывод С2 подсоединен к «земле» V
_SS, то на выводе V
_OUT получаем напряжение –V
_DD. При высоком входном напряжении работает встроенный стабилизатор напряжения (вывод LV никуда не подключается). В этом случае снижается ток потребления RС-генератора, а частота переключения f
_OSC остается постоянной во всем диапазоне входного напряжения.

Различные варианты использования НТ7660 приведены на рис. 11–14.