Consideraciones de diseño para la aplicación SMPS de baja corriente

Tengo un proyecto en el que estoy trabajando que funciona con una sola batería de iones de litio (digamos que el rango de diseño es de 2,5 V a 4,2 V) y una MCU basada en nRF52832. Decidí diseñar una topología de alimentación que va desde la batería sin procesar hasta un riel de "sistema" de 2,5 V, y luego alimentar eso a todos los dispositivos + el regulador interno de CC/CC del nRF52.

Mi objetivo de diseño para el consumo de energía "dormido" aquí (es decir, inactivo hasta que ocurra el evento) es de alrededor de 300 uA más o menos. No espero que las corrientes máximas en el riel superen los 20 mA más o menos, según los números de la hoja de datos de nRF (tomados con un grano de sal de marketing), afirman ~ 15 mA más o menos de consumo actual.

Entonces, obviamente tengo una preocupación sobre la corriente de reposo (Iq) de mi regulador elegido, con el que básicamente estoy atascado según el fabricante. Pero también me preocupa que un controlador reductor entre en modo de salto de pulso o similar y me genere un gran problema de EMI/EMC con el que lidiar.

El delta de voltaje más grande posible (4.2V - 2.5V) me da un poco de pausa usando una parte LDO/lineal (~55% de eficiencia). Miré el AP3401 , principalmente porque es increíblemente barato. La hoja de datos es muy ligera en los detalles, pero menciona la omisión de pulso una vez. Me imagino que correr a corrientes muy bajas en relación con el número 1A me pondrá en ese rango.

Este TI TPS62740, naturalmente, tiene una hoja de datos mejor, y parece una parte "mejor" para esto / destinado a estas corrientes bajas, pero también parece ser, literalmente, 8 veces el costo del AP3401.

Resumiendo:

  1. ¿Recomendaciones/bibliografía sobre aplicaciones de reguladores de conmutación de muy baja corriente?
  2. ¿Experiencia/historias sobre el manejo de problemas relacionados con EMI con un regulador que básicamente siempre salta pulsos?
  3. ¿Aspirarlo e ir con un regulador lineal? ¿Algún tipo de esquema que cambie según el estado del sistema?
  4. ¿Soluciones recomendadas de la experiencia anterior? El volumen objetivo creo que es de alrededor de 10 mil unidades/año.
Dependiendo de la proporción del tiempo de espera frente al tiempo de funcionamiento, un regulador reductor puede ser en realidad menos eficiente que un regulador lineal con un Iq más bajo, incluso cuando la batería está a 4,2 V completos. LT tiene LDO con coeficiente intelectual muy bajo: google "micropower LDO". Haga los cálculos y verifique esto, según las especificaciones de los reguladores. Además, ten cuidado con ese pico que levantas en tu foto de perfil... Me temo que estás a punto de hacer algo de lo que luego te arrepentirás.
Los dispositivos SMPS rara vez tienen un Iq verdaderamente ultrabajo; Los LDO están disponibles a 1uA o menos (consulte ti.com/lit/gpn/tps783 como ejemplo)
@PeterSmith: ¡gracias, ese es el dispositivo con el que terminé!

Respuestas (1)

Olvídate de EMI. A menos que haga un trabajo terrible en el diseño, no tendrá problemas de emisiones radiadas de su convertidor DC-DC. A mi modo de ver, la compensación es el costo frente a la duración de la batería. Si la duración de la batería está bien, me quedaría con el LDO para una mayor simplicidad, intercambiabilidad y menor costo. También tenga en cuenta que el cálculo de la eficiencia no debe hacerse a 4,2 V, sino a 3,7 V (el promedio). Entonces es 2.5/3.7 = 67%. La corriente de reposo también será probablemente más baja con el LDO. La corriente de reposo puede dominar la duración de la batería, si el producto pasará la mayor parte del tiempo en modo de espera. Un LDO SOT-23 simple debería manejar la corriente requerida fácilmente. Estos están disponibles de muchos proveedores con pinouts similares o iguales, por lo que no será de una sola fuente (asegúrese de elegir una pieza que se pueda cruzar fácilmente).

Si va a un conmutador, intente encontrar uno que sea compatible con pines en varios proveedores. Estos son un poco menos intercambiables que los LDO, pero debería poder producir fácilmente un diseño que acomode múltiples convertidores DC-DC. Creo que bastantes pequeños convertidores de dinero entrarán automáticamente en modo LDO con poca carga (en lugar del modo de salto de pulso). Por lo tanto, es posible que no tenga que preocuparse por saltarse el pulso de todos modos.

No utilice piezas patentadas que no sean compatibles con piezas de otros proveedores. Se arrepentirá más tarde cuando el tiempo de entrega sea de 26 semanas y usted tenga una sola fuente para esa parte.

¡Gracias por las notas! El AP3401 admite una operación de ciclo de trabajo del 100%, pero creo que eso es más por poder generar hasta VIN. Para este primer prototipo, también podría incorporar una huella LDO con el CC/CC. Echaré un vistazo para ver qué otros conmutadores comparten la misma huella/distribución de pines también.
Terminé eligiendo el TPS783 LDO solo como mi solución de energía al final, ¡gracias por los consejos y sugerencias!