Nulllastverbrauch von Power-Management-ICs

Es gibt keinen »Best in Class«, sondern eine große Auswahl!

Es gibt definitiv keinen »besten« Linear- oder Schaltregler, und es wird auch nie einen geben! Das gilt auch in puncto Power-Management-ICs mit möglichst geringem Nulllastverbrauch.

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Die Ruhestromaufnahme des nicht schaltenden Abwärtswandlers LM26001 von National Semiconductor beträgt im Shutdown-Modus typisch 10 μA, im so genannten Schlafmodus sind es 40 μA.

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Die Ruhestromaufnahme des nicht schaltenden Abwärtswandlers LM26001 von National Semiconductor beträgt im Shutdown-Modus typisch 10 μA, im so genannten Schlafmodus sind es 40 μA.

Schon gar gibt es keine »Eier legende Wollmilchsau«, sprich eine Art Supertalent in Gestalt eines ICs, der ausgezeichnet zu jeder Anwendung passt. Und auch wenn das Hauptaugenmerk auf möglichst geringen Ruhestrom liegt, sind immer noch weitere Aspekte zu bedenken und zu beachten. Mit diesen Einschränkungen im Hinterkopf, kann man anhand einiger IC-Beispiele feststellen, mit welchen Werten für den Ruhestrom zu rechnen ist.

Tony Armstrong, Director of Product Marketing Power Products beim US-amerikanischen Halbleiterhersteller Linear Technology meint dazu: »Linears LTC3890 ist oft eine gute Wahl, denn dieser duale Schaltregler hat bei zwei aktiven unbelasteten Kanälen einen Ruhestrom von 60 μA. Ist einer der Kanäle abgeschaltet, sinkt der Leerverbrauch auf 50 μA, und wenn beide abgeschaltet sind, fließen nur noch 14 μA. Zudem bietet der Baustein mit 4 bis 60 V einen relativ großen Eingangsspannungsbereich, eine gute Stromdichte und eine zulässige Grenzschichttemperatur bis 150 °C. Und weil er Schaltfrequenzen von mehr als 2 MHz zulässt, beansprucht die Gesamtlösung nur wenig Platz.«

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Linears dualer Schaltregler LTC3890 hat bei zwei aktiven unbelasteten Kanälen einen Ruhestrom von 60 μA. Nach Abschalten von einem/beiden der Kanäle, sinkt der Leerverbrauch auf 50/14 μA.

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Linears dualer Schaltregler LTC3890 hat bei zwei aktiven unbelasteten Kanälen einen Ruhestrom von 60 μA. Nach Abschalten von einem/beiden der Kanäle, sinkt der Leerverbrauch auf 50/14 μA.

Als Beispiel für einen geeigneten Linearregler nennt Armstrong den LT3990, der 62 V verträgt, 350 mA Ausgangsstrom liefern kann und im Ruhebetrieb nur 2,5 μA aufnimmt.

Den CMOS-Linearregler LP3987 bezeichnet National Semiconductor als »Micropower-Ultra-Low-Dropout«. Er ist mit diversen Ausgangsspannungen lieferbar und liefert bei Eingangsspannungen von 2,7 V bis 6,0 V einen Ausgangsstrom von 150 mA. Der Ruhestrom im Sleep-Modus liegt bei typ. 14 μA und im Shutdown-Modus bei unter 1 μA. Die Dropout-Spannung beträgt 100 mV bei 150 mA Last. Für höhere Ausgangsspannungen bietet National mit dem LM9076 auch einen (sogar Kfz-tauglichen) Linearregler an, der 40 V verträgt, 150 mA Ausgangsstrom liefern kann und im Ruhebetrieb typisch 25 μA aufnimmt. Das hört sich etwas hoch an, aber Nationals Power-Management Fachmann Werner Berns warnt davor, hier Apfel mit Birnen zu vergleichen: »Man kann sich immer vorstellen, auch einen LDO mit noch weniger Ruhestromaufnahme zu realisieren, aber das geht immer zu Lasten des dynamischen Regelungsverhaltens. Der Schaltungsentwickler muss das also gut abwägen.«

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Mit dem TPS63020 bietet Texas Instruments einen Tief-/Hochsetzsteller an, der in beiden Betriebsmodi auch weit unter Nennlast noch eine hohe Effizienz aufweist.

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Mit dem TPS63020 bietet Texas Instruments einen Tief-/Hochsetzsteller an, der in beiden Betriebsmodi auch weit unter Nennlast noch eine hohe Effizienz aufweist.

Nationals Baustein LM26001 ist ein Beispiel für einen Schaltregler mit geringem Leerlaufstrom. Die Ruhestromaufnahme des nicht schaltenden LM26001 beträgt im Shutdown-Modus typisch 10 μA, im so genannten Schlafmodus sind es 40 μA. Der Eingangsspannungsbereich reicht von 4 bis 38 V und die Schaltfrequenz kann zwischen 150 kHz und 500 kHz variiert und außerdem zu einem externen Takt synchronisiert werden. Texas Instruments gilt als Marktführer für Power-Management-ICs. Es überrascht daher nicht, dass TI auch in puncto geringem Ruhestrom einiges anzubieten hat.

Miro Adzan, Spezialist für Power Management bei Texas Instruments, nennt als extrem Strom sparenden Linearregler den TI-Baustein TPS780xx: »Dieser 150-mA-Linearregler zieht mit 500 nA nicht nur einen extrem geringen Ruhestrom, sondern er kann außerdem kurzfristig zwischen zwei Ausgangsspannungen springen. Dabei liegt die Dropout-Spannung typisch bei 250 mV. Im abgeschalteten Zustand fließt sogar nur noch ein Ruhestrom von 40 nA. Eine Besonderheit ist auch, dass die beiden Spannungspegel werkseitig unter Verwendung einer einzigartigen EEPROM Architektur konfiguriert werden. Dieses Verfahren erlaubt somit auch andere kundenspezifische Spannungsvarianten.« Als Schaltregler nennt Adzan den Abwärtswandler TPS62620, der typisch 32 μA Ruhestrom aufnimmt und 600 mA liefern kann. Einen Besonderheit ist hier die sehr hohe Schaltfrequenz von 6 MHz, die es ermöglicht, einen kompletten Regler mit einem Flächenverbrauch von nur 12 mm² aufzubauen.

Weiterführende Links:

• Vor allem Batteriebetrieb stellt hohe Anforderungen an das Power Management: Schluss mit viel Strom um nichts!
• Leerlaufverbrauch ist bei Wechselspannung höher als bei Gleichspannung: AC/DC auf Sparflamme trimmen
• Linear Technology: 550-nA-Ruhestrom-Akkulader
• Interview mit Bob Swanson von Linear Technology: »Energy Harvesting wird schon bald merklich zum Umsatz beitragen«
• Für Powermangement und Photovoltaik: Die ersten EBVchips
• Fast rauschfreier Ausgangsstrom bis 600 mA: Hybride Schaltregler von TI
• Schaltregler-Effizienz: Effizient schalten und walten