Entwicklung eines münzgroßen solarbetriebenen GPS-Empfängers

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Der LTC3108 stellt je nach Eingangsspannung einen minimalen Eingangswiderstand (unter Last) zwischen 2 Ω und 10 Ω dar. Bei sinkender Eingangsspannung steigt der Eingangswiderstand, wodurch der LTC3108 zur Optimierung der Energieübertragung aus Quellen mit wenigen Ohm Quellwiderstand dienen kann. Ein geringerer Quellwiderstand ermöglicht immer eine höhere Ausgangsstrombelastbarkeit, da unter Last eine höhere Eingangsspannung möglich ist. Dies erfolgt durch Integration einer einzigartigen festen V_out-Option in eine bewährte Architektur. Der 2,2-V-LDO-Regler speist einen externen Mikroprozessor, während die Hauptausgangsspannung auf einen von vier festen Spannungswerten für die Versorgung des GPS-Empfängers programmiert wird.

Power Manager auf Basis eines MOSFET-Schalters

Der LTC3108 verwaltet auch das Laden und die Regelung von mehreren Ausgängen in einem System, in dem der durchschnittliche Energieverbrauch sehr niedrig ist, aber periodisch punktuell höhere Lastströme benötigt werden, wenn der GPS-Empfänger nach seinem Standort abgefragt wird. Der Power Manager basiert auf einem MOSFET-Schalter, der einen resonanten Step-up-Oszillator aus einem externen Aufwärtswandler und einem kleinen Kopplungskondensator bildet. So können niedrige Eingangsspannungen von lediglich 20 mV ausreichend verstärkt werden, um mehrere geregelte Ausgangsspannungen für die Versorgung weiterer Schaltkreise zu liefern. Die Oszillationsfrequenz wird durch die Induktivität der Sekundärwicklung des Transformators bestimmt und liegt normalerweise im Bereich zwischen 10 und 100 kHz.

Die Ausgangswerte sind frei programmierbar

Die Hauptausgangsspannung an V_out wird aus der VAUX-Energieversorgung gespeist. Sie wird vom Benutzer mithilfe der Spannungswahl-Pins VS1 und VS2 auf einen von vier geregelten Spannungswerten programmiert. Obwohl die logische Schwellenspannung für VS1 und VS2 in der Regel 0,85 V beträgt, ist die Verbindung mit Masse oder VAUX ratsam.

Fällt die Ausgangsspannung leicht unter den Regelwert, während VAUX über 2,5 V liegt, wird der Ladestrom aktiviert. Sobald V_out den erforderlichen Wert erreicht hat, wird der Ladestrom wieder ausgeschaltet. Der interne programmierbare Widerstandsteiler legt den Wert für V_out fest, was externe Widerstände mit extrem hohen Werten überflüssig macht. Dies ist erstrebenswert, da solche Widerstände für Leckverluste anfällig sind und Energie verbrauchen.

Power-Good-Komparator zur Leistungsüberwachung

Der Power-Good-Komparator ist gleichzeitig für die Überwachung der V_out-Spannung erforderlich. Dies ist ein Open-Drain-Ausgang mit einem schwachen Pull-up-Widerstand (1 MΩ) zur LDO-Spannung, der den Wert HIGH ausgibt, sobald V_out auf einen Wert innerhalb von 7,5% seiner Regelspannung geladen wurde. Wenn V_out um mehr als 9% fällt, gibt PGOOD den Wert LOW an den Mikroprozessor aus. Konstruktionsgemäß steuert dieser die Chip-E/A an und keine höhere Stromlast wie eine LED. Das PGOOD-Signal kann auch zur Aktivierung eines ruhenden Mikroprozessors oder eines anderen Schaltkreises genutzt werden, wenn V_out die Einregulierung erreicht.

Der Host kann den Ausgang V_out2 mithilfe des Pins V_out2_EN ein- und ausschalten. Bei Aktivierung ist V_out2 über einen 1,3-Ω-P-Kanal-MOSFET-Schalter mit V_out verbunden. Dieser Ausgang wird von einem Hostprozessor gesteuert und kann zur Versorgung von externen Schaltkreisen, beispielsweise Sensoren oder Verstärkern, genutzt werden, die nicht über einen Energiespar- oder Abschaltmodus verfügen.

Durch Minimieren der Entkopplungskapazität an V_out2 kann dieser Ausgang schneller geschaltet werden. Dies ermöglicht kürzere Stoßzeiten und somit auch kürzere Lade- und Entladezyklen in gepulsten Anwendungen, beispielsweise bei drahtlosen Sensoren und Sendern. Ein kleiner V_out2-Kondensator minimiert auch die Energieverschwendung, die beim Laden des Kondensators bei jeder Aktivierung von V_out2 entsteht. V_out2 hat eine Softstart-Zeit von etwa 5 µs zur Begrenzung des Kondensatorladestroms sowie zur Minimierung von Störimpulsen des Hauptausgangs, wenn V_out2 aktiviert ist. Außerdem ist ein Strombegrenzungskreis geschaltet, der den Spitzenstrom auf einen typischen Wert von 0,3 A begrenzt. Der Eingang zur Aktivierung von V_out2 hat einen typischen Schwellenwert von 1 V mit 100-mV-Hysterese; damit ist dieser Eingang logikkompatibel.

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