ST1PS01是一款400 mA 納米靜態(tài)降壓轉(zhuǎn)換器，能夠接收 1.8 V 和 5.5 V 之間的輸入電壓，同時(shí)提供超低電壓輸出。 ST1PS01 系列有多種成員，如下表所示。在每種情況下，一個(gè)組件都有四個(gè)輸出電壓，微控制器可以隨時(shí)通過兩個(gè)數(shù)字 I/O 引腳動(dòng)態(tài)選擇，從而使其成為真正靈活的轉(zhuǎn)換器，能夠適應(yīng)新的低功耗 MCU，這些 MCU 正在打破記錄不斷減少的消費(fèi)。其尺寸僅為 1.11 mm x 1.41 mm，在 1 mA 負(fù)載下的效率為 94%，使其成為依賴電池的小型產(chǎn)品的絕佳選擇。為了實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)果，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)新的架構(gòu)，優(yōu)先考慮創(chuàng)新和靈活性。

ST1PS01 有八種變體，提供比業(yè)內(nèi)任何其他競爭產(chǎn)品更多的輸出電壓選項(xiàng)。對(duì)于 ST1PS01A，其寬范圍可高達(dá) 2.8 V，對(duì)于 ST1PS01H，其電壓范圍可低至 0.625 V，這是該類型器件的業(yè)內(nèi)最低輸出電壓。A、D 和 E 版本已經(jīng)上市，而該系列的其他版本將在今年上半年年底前到達(dá)經(jīng)銷商處。整個(gè)系列的部署速度很快，從而為設(shè)計(jì)人員提供了快速測試新設(shè)備的可能性。還有評(píng)估板可用于測試每個(gè)轉(zhuǎn)換器的特性，并更迅速地將它們集成到最終設(shè)計(jì)中。

靈活性的 3 個(gè)馬達(dá)

1. 數(shù)字選擇的輸出電壓

很容易忽視能夠以數(shù)字方式選擇輸出電壓的重要性，但它是賦予這種新架構(gòu)如此靈活性的支柱之一。ST1PS01的數(shù)據(jù)表為開發(fā)人員提供了每種輸出電壓的引腳設(shè)置。微控制器必須驅(qū)動(dòng)引腳 D1 和 D0 以選擇可用的四個(gè)不同值之一。因此，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)，可以輕松調(diào)整輸出電壓以切換到低功耗模式，或者調(diào)整降壓轉(zhuǎn)換器以適應(yīng)各種任務(wù)的需要并優(yōu)化整體功耗。這種實(shí)現(xiàn)的結(jié)果是工程師真的不應(yīng)該讓 D1 和 D0 引腳懸空，而是根據(jù)應(yīng)用的需要精確地驅(qū)動(dòng)它們。

2. 提高效率的動(dòng)態(tài)頻率

ST1PS01 還通過其動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整來展示其靈活性，使其能夠在空載時(shí)具有顯著低的靜態(tài)電流，同時(shí)在很寬的負(fù)載電流范圍（從 0.1 mA 到 100 mA）上保持超過 90% 的效率，無論的輸出電壓。其變頻器的存在確實(shí)會(huì)引入一些諧波，這意味著對(duì)噪聲極為敏感的應(yīng)用會(huì)選擇具有固定頻率的組件。然而，我們的工程師專注于優(yōu)先考慮功率效率和移動(dòng)性而不是噪聲的設(shè)計(jì)，因?yàn)閷?duì)于絕大多數(shù)應(yīng)用來說，這種架構(gòu)比固定頻率的組件提供了更多的好處。

3. 100% 占空比

如果輸入不穩(wěn)定并下降到其值變得非常接近輸出的程度，則后者也變得不穩(wěn)定并開始下降。在這種情況下，ST1PS01 切換到 100% 占空比操作，以確保輸出電壓跟蹤輸入電壓。非常簡單，降壓轉(zhuǎn)換器關(guān)閉穩(wěn)壓器，通過高端 MOSFET 直接連接輸入和輸出引腳。這意味著輸入和輸出的電壓幾乎相同，除了 MOSFET 中出現(xiàn)的小降。如果輸入電壓僅比標(biāo)稱輸出電壓高 200 mV 或更少，則器件進(jìn)入 100 % 占空比。如果輸入電壓再次回升并高于標(biāo)稱電壓 300 mV 或更多，則器件將離開 100 % 占空比模式并恢復(fù)正常操作。

創(chuàng)新架構(gòu)的三大優(yōu)勢

1. 更快響應(yīng)的不同反饋回路

與所有降壓轉(zhuǎn)換器一樣，ST1PS01 具有一個(gè)反饋環(huán)路，用于將輸出電壓與參考電壓進(jìn)行比較。傳統(tǒng)上，如果輸出遠(yuǎn)離其目標(biāo)，設(shè)備會(huì)拋出錯(cuò)誤并將電流發(fā)送回功率級(jí)以進(jìn)行整流。然而，它需要一個(gè)復(fù)雜的補(bǔ)償模塊，由于其固有的低帶寬，限制了設(shè)備的性能。ST1PS01 將輸出電壓與比較器的閾值進(jìn)行比較，并使用各種方案最終得到一個(gè)更簡單的補(bǔ)償系統(tǒng)，從而可以創(chuàng)建一個(gè)更簡單的設(shè)備，可以更快地響應(yīng)瞬態(tài)電流。 例如，我們使用快速和低功耗的偏移比較器而不是振蕩器來快速有效地打開高端或低端，從而在輕負(fù)載時(shí)獲得所需的紋波。

2.一個(gè)脈沖頻率檢測模塊，知道打開和關(guān)閉什么

ST1PS01 還通過使用脈沖頻率檢測模塊來降低靜態(tài)電流并提高其效率。當(dāng)輸出電流低于某個(gè)閾值時(shí)，該架構(gòu)開啟高端，為輸出電容充電，然后關(guān)閉其他一切。同樣，如果輸出電流高于某個(gè)閾值，器件將切換到高電流模式，并打開它需要響應(yīng)高瞬態(tài)電流的所有模塊。這種機(jī)制是可能的，因?yàn)槊}沖頻率檢測模塊測量兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間，這有助于確定輸出電流以及它是否低于或高于某些閾值。

3. 更小的物料清單的優(yōu)化架構(gòu)

ST1PS01的框圖

轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)效率轉(zhuǎn)化為工程師需要更少的外部組件來運(yùn)行它。該器件的軟啟動(dòng)能力意味著設(shè)計(jì)人員無需添加外部定時(shí)電容，其獨(dú)創(chuàng)的補(bǔ)償模塊意味著使用 ST1PS01 在 PCB 上只需要兩個(gè)小電容和一個(gè) 2.2 μH 電感。在內(nèi)部，該架構(gòu)也受益于這些優(yōu)化，并且不使用振蕩器，因?yàn)樗嵌x換向頻率的比較器，從而能夠快速改變?cè)O(shè)備的頻率。我們的架構(gòu)選擇還允許我們?cè)谳斎攵耸褂玫凸膸?偏置模塊（見圖）和更簡單的電路，從而進(jìn)一步降低整體功耗。

資產(chǎn)跟蹤等方面的 ST1PS01 降壓轉(zhuǎn)換器

我們已經(jīng)在我們的STEVAL-STRKT01 LoRa 物聯(lián)網(wǎng)跟蹤器上使用 ST1PS01 降壓轉(zhuǎn)換器，并預(yù)計(jì)它在資產(chǎn)跟蹤解決方案中很受歡迎，這要?dú)w功于它在低負(fù)載或無負(fù)載時(shí)的效率和性能。這些應(yīng)用程序大部分時(shí)間都處于深度睡眠模式，因此組件的靜態(tài)電流測量至關(guān)重要。ST 還將在今年發(fā)布 ST1PS01 系列的 PSPICE 模型，以幫助設(shè)計(jì)人員更好地將這些新組件集成到他們的設(shè)計(jì)中。

審核編輯：郭婷