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利用超低电流、脉冲频率调制(PFM) DC-DC转换器降低待机功耗
摘要：本文介绍如何降低隔离型DC-DC电源的电流损耗以及如何提高这些电源在空载条件下的性能。针对当前对“绿色”环保设计创新方案的迫切需求，本文着重讨论如何延长电池供电设备以及非连续传输通信设
备中的电池使用寿命。
目前，许多工业系统采用电池供电的传感器和转发器，从而省去了铺设电缆的昂贵花费，并可降低整体系统的功耗。这些工业系统通常都具有工作模式和待机模式。工作模式下，传感器将数据传送到转发器(一种无线调制解调器)，由转发器将数据发送给主机。待机模式下，转发器和传感器将在一段固定时间或可变时间段内处于休眠模式。这种反复的启动-停止操作被称为非连续工作模式，有助于延长设备的电池使用寿命。
对于类似于浇水系统的应用，使用GSM无线模块传输传感器数据，如果需要频繁更换GSM无线模块的供电电池，例如，几个星期甚至几天更换一次，系统的维护成本将非常高。由于这类系统在大多数时间处于待机或休眠模式，降低空闲状态下的功耗对于延长电池的使用寿命非常重要。因此，空载下的电流损耗成
为这类系统设计的关键，出于安全考虑，电气隔离对于此类设计也非常重要。
考虑到上述因素，设计人员必须重视DC-DC转换器设计，确保空载条件下消耗尽可能低的电流。任何DC-DC转换器，即使在待机模式下，也会消耗较大电流。例如，一款商用化的电源模块(Recom® R-78A3.3-1OR)，空载模式下的电流损耗达到7mA。当然，慎重选择电源拓扑，通过认真仔细的设计，能够使隔离型
DC-DC转换器模块的空载电流保持在1mA以内。
30倍电流损耗对减少电池更换次数的影响非常显著。例如，即使系统电池为可充电电池，较大的电源电流损耗也会导致额外的充电次数，而频繁充电将使电池过早报废，最终被送到废物处理厂。同样，如果设备
采用一次性电池，较大的待机电流也会导致电池快速放电，使其过早进入废物处理厂。
通过几种途径可以应对这一设计挑战，本文着重讨论了脉冲频率调制(PFM)架构的解决方案，能够使设备
在工作和待机状态下的功耗比达到1700:1。
系统特征
功耗与时间之间的典型特征类似于图1。图中，负载电流在工作或充电期间达到峰值，设备处于空闲状态时负载电流则降至较低水平。为了减少电池放电，延长电池寿命和待机时间，必须将空闲电流IZ降至最小。所以，没有连接负载时，隔离型DC-DC转换器应具有超低电流，并在输入和输出之间具有较高的隔离度。
理想情况下，转换器还应具有高转换效率且占用极小的空间。
图1. 非连续传输通信设备在工作和待机状态下的特征