Buck-Boost-Gleichspannungswandler 300 nA Ruhestrom - also für IoT-Geräte und Wearables geeignet

Ricoh bringt Buck-Boost-Gleichspannungswandler mit 300 nA Ruhestrom für IoT-Geräte und Wearables auf den Markt.
Ricoh bringt Buck-Boost-Gleichspannungswandler mit 300 nA Ruhestrom für IoT-Geräte und Wearables auf den Markt.

Ricoh Electronic Devices hat den Buck-Boost-Gleichspannungswandler RP605 eingeführt, der durch eine integrierte Batteriespannungsüberwachung das Messen der verbleibenden Batterieladung ermöglicht. Das Bauteil eignet sich für tragbare Geräte, IoT-Anwendungen und drahtlosen Kommunikationsmodule.

Der zusätzliche Batterieüberwachungskreis ist eines der wichtigsten Merkmale des RP605 von Ricoh. Auf herkömmliche Weise würde die verbleibende Batterieladung mithilfe eines externen Widerstandsteilers mit einem MOSFET gemessen werden, der an einen A/D-Wandler angeschlossen ist. Allerdings ist die Eingangsimpedanz bei dieser Lösung in der Regel niedrig, was zu einem beträchtlichen Stromfluss zur Masse und dies wiederum zu einer Entladung der Batterie und Verringerung der Lebensdauer der Anwendung führt. Der RP605 bietet mit einem integrierten Widerstandsteiler und einem Spannungsfolger als Puffer eine einfache Lösung für dieses Problem. Dieser Stromkreis hat den Vorteil, dass der Stromfluss zur Masse viel niedriger und der Ausgang mit der Eingangsimpedanz des A/D-Wandlers kompatibel ist. Der Ruhestrom dieser Schaltung beträgt nur 100 nA, und anstelle eines separaten MOSFET kommt ein zusätzlicher Chip-Enable-Pin (CE2) zum Einsatz. Alle wichtigen Komponenten dieses Schaltkreises sind im Chip integriert, sodass wertvolle Platinenfläche und Kosten eingespart werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, eine Batteriestandanzeige für primäre Batterien herzustellen.
Der RP605 ist besonders gut geeignet, wenn eine Versorgungsspannung gefordert ist, die zwischen den Spannungspegeln einer vollständig geladenen und einer vollständig entladenen Batterie liegt. An einem bestimmten Punkt schaltet der Wandler automatisch vom Buck- in den Boost-Modus um, um die eingestellte Ausgangsspannung beizubehalten. Der RP605 wurde für Anwendungen entwickelt, die sich hauptsächlich im Sleep-Modus befinden und regelmäßig aufwachen, um eine Messung durchzuführen und Daten zu übertragen, um dann wieder in den Sleep-Modus zurückzukehren. In diesen Einsatzfällen ist ein möglichst niedriger Stromverbrauch im Ruhemodus von größter Bedeutung. Der RP605 hat einen geringen Ruhestrom von lediglich 300 nA (DC-DC-Wandlerteil), womit die Batteriestandzeit erheblich verlängert oder der Designer in die Lage versetzt wird, eine kleinere Batterie für die Anwendung zu verwenden.
Der RP605 kann im Buck-Modus bis zu 300 mA bereitstellen, während im Boost-Modus der Ausgangsstrom geringer ist und vom Eingangsspannungspegel abhängt.
Es sind mehrere Schutzschaltungen integriert, darunter ein Unterspannungssperrschaltkreis, der den DC-DC-Wandler deaktiviert, falls die Eingangsspannung unter einen Mindestwert fällt. Ein Softstart-Schaltkreis steuert die Ausgangsspannung und sorgt damit für ein ruhiges Hochfahren und verhindert gleichzeitig, dass es in der Anlaufphase zum Überschwingen oder Unterschwingen der Ausgangsspannung kommt. Dank der Lx-Strombegrenzung wird verhindert, dass die Stromspitze durch den Induktor eine bestimmte maximale Stromschwelle übersteigt. Ein Ausgangsüberspannungsschutz kann sowohl P-Kanal- als auch N-Kanal-MOSFETs abschalten und ein Temperaturschutz schaltet den IC ab, wenn die Sperrschichttemperatur 140 °C übersteigt.
Der RP605 verfügt über eine optionale Auto-Discharge-Funktion, welche den Ausgangskondensator schnell entlädt, wenn der Chip durch den CE-Pin deaktiviert wurde. Beim Gehäuseformat bietet Ricoh die Wahl zwischen dem kompakten WLCSP-20-P3 und dem DFN(PLP)2730-12.

Eigenschaften des RP605 im Überblick:
DC/DC Converter
Input Voltage Range: 1,8 bis 5,5 V
Output Voltage Range: (in 0,1-V-Schritten) 1,6 bis 5,2 V
Output Voltage Accuracy: ±1,5 %
Output Current    (buck mode): 300 mA
Quiescent Current: (device not switching) Typ. 300 nA
Standby Current: 0,01 µA
PMOS On-Resistance: (Vin = 3,6 V, RP604Z) 0,12 Ω
NMOS On-Resistance: (Vin = 3,6 V, RP604Z) 0,12 Ω
Protection Circuits: UVLO, OVP, Soft-Start, Lx Peak Current, Thermal
Peak Efficiency:    92 %
Auto-Discharge    Function Optional
Output Capacitor: 22 µF
Inductor: 2,2 µH
Battery Monitor:
Output Voltage Optional: 1/3 Vin oder 1/4 Vin
Supply Current: 0,1 µA
Output Capacitor: 0.1 bis 0,22 µF
Package RP605Z, RP605K: WLCSP-20-P3, DFN(PLP)2730-12