100-mA-LDO-Wandler mit integrierter Batteriespannungsüberwachung

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Der RP124 von Ricoh Electronic Devices ist ein 100-mA-LDO- Wandler mit integrierter Batteriespannungsüberwachung, der die verbliebene Batterieladung misst.

Firmen zum Thema

Der RP124 ist ein 100-mA-LDO- Wandler mit integrierter Batteriespannungsüberwachung, der die verbliebene Batterieladung misst.
Der RP124 ist ein 100-mA-LDO- Wandler mit integrierter Batteriespannungsüberwachung, der die verbliebene Batterieladung misst.
(Bild: Ricoh)

Der Wandler hat einen Stromverbrauch von lediglich 0,3 µA (im Leerlauf) und verlängert so die Lebensdauer von batteriebetriebenen Geräten. Dies ist besonders für Anwendungen wichtig, die sich hauptsächlich im Standby-Modus befinden und regelmäßig für kurze Zeit in den normalen Betriebsmodus versetzt werden, um eine Aufgabe auszuführen.

Der zusätzliche Batterieüberwachungskreis ist eines der wichtigsten Merkmale des RP124. 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 und dies wiederum zu einer Entladung der Batterie und Verringerung der Lebensdauer der Anwendung führt.

Widerstandsteiler und Spannungsfolger integriert

Der RP124 bietet mit einem integrierten Widerstandsteiler und einem Spannungsfolger 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. Darüber hinaus sind alle wichtigen Komponenten für diesen Stromkreis in einem Chip integriert, sodass wertvolle Platinenfläche und Kosten eingespart werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, eine Batteriestandanzeige für primäre Batterien herzustellen.

Bestimmte Anwendungen befinden sich hauptsächlich im Standby-Modus und werden nur für kurze Zeit in den normalen Betriebsmodus versetzt, um eine Messung durchzuführen und einige Daten zu übermitteln, und dann wieder in den Standby-Modus geschaltet. Genau genommen ist der Stanby-Modus in diesen Fällen der dominierende Betriebsmodus und es ist daher notwendig, den Stromverbrauch in diesem Modus so weit wie möglich zu senken. Der RP124 erfüllt diese Anforderung dank seines geringen Stromverbrauchs von 0,3 µA perfekt. Es gibt einige Produktversionen mit Optionen für den CE-Pin und die automatische Entladefunktion. Der CE-Pin deaktiviert den LDO für die B- und D-Versionen. Bei der E-Version hat er die Möglichkeit, die Batterie-Monitor-Schaltung zu deaktivieren, wenn sie nicht benutzt wird. Dies spart weitere 0,1 μA, während der LDO in Betrieb bleibt, was zu einem Stromverbrauch von nur 0,2 μA führt.

Drei Betriebsmodi

Bei dem RP124 (genau wie der beliebte RP118 ohne Batteriespannungsüberwachung) handelt es sich um eine spezielle Art von Produkt, das über drei Betriebsmodi verfügt:

  • Modus für geringen Stromverbrauch: spart Batterieleistung bei niedrigem Ausgangsstrombedarf,
  • Modus für schnelles Einschwingverhalten: höhere dynamische Leistung bei hohem Ausgangsstrombedarf,
  • Ausschaltmodus: zum Senken des Stromverbrauchs auf ein Minimum.

Das Gerät schaltet automatisch auf Grundlage des Ausgangsstrombedarfs der Anwendung zwischen dem Modus für geringen Stromverbrauch und schnelles Einschwingverhalten um. Die LDO-Leistung ist im Modus für schnelles Einschwingverhalten größer. Insbesondere die Unterdrückung der Spannungswelligkeit (Ripple Rejection) sowie die Reaktionsgeschwindigkeit bei Leitungs- und Lasttransienten sind im Vergleich zu einem herkömmlichen LDO mit niedrigem Stromverbrauch besser. Das bedeutet, dass der RP124 zu einer optimalen Stabilität der Ausgangsspannung und Verringerung der Spannungswelligkeit beiträgt. Im Ausschaltmodus, der über den Aktivierungsstift des Chips gesteuert wird, wird der LDO ausgeschaltet, um den Stromverbrauch auf ein Minimum zu senken.

Der RP124 verfügt über einen eingebetteten Foldback-Strombegrenzungskreis. Kommt es zu einem Kurzschluss am Ausgang, wird der Ausgangsstrom durch diesen Stromkreis auf 65 mA gesenkt, wodurch der LDO und andere elektronische Teile der Anwendung vor einer möglichen Beschädigung geschützt werden. Nach der Beseitigung des Kurzschlusses kehrt der Wandler automatisch zum normalen Betrieb zurück.

Optionale Funktionen je nach Produktversion:

  • Gehäuse: SOT-23-5-Standard- oder DFN1212-6-Kompaktgehäuse zur Minimierung der Platinenfläche,
  • Verhältnis des Widerstandsteilers: Der Batterieüberwachungsausgang liefert 1/3 oder 1/4 der Eingangsspannung,
  • CE-Stiftfunktion: Stift zur Deaktivierung des LDO-Wandler- oder Spannungsüberwachungskreises,
  • Automatische Entladefunktion: keine, die automatische Endladefunktion ist für den LDO-Wandler- oder den Spannungsüberwachungsausgang verfügbar. Mithilfe dieser Funktion kann der Ausgangskondensator schnell entladen werden, wenn der LDO ausgeschaltet wird.

(ID:45450443)