NB-IoT是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的一個重要分支，廣泛應(yīng)用于智慧電表，智能家居，門磁系統(tǒng)等場合。以上應(yīng)用場合很多情況下設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)，要求系統(tǒng)具有極低的待機(jī)功耗達(dá)到10年電池壽命，這對供電電源管理芯片待機(jī)功耗要求極高。
ROHM的Nano Enegy技術(shù)具有超高效率和超低代理功耗特點(diǎn)，待機(jī)靜態(tài)電流可以達(dá)到180nA, 非常適用于該NB-IoT模組供電需求，另外BD70522GUL尺寸僅為1.76x1.56mm可以降低PCB總面積。
有幸拿到ROHM的電池管理評估板REFLVBMS001-EVK-001，下面是對該評估板的介紹和測試，主要是針對低Iq BUCK芯片BD70522GUL進(jìn)行測試評估。
1. 系統(tǒng)構(gòu)成
可以看到該系統(tǒng)板由一個充電管理芯片BD71631QWZ+低Iq BUCK芯片BD70522GUL+ 電壓檢測(復(fù)位)芯片BD5230NVX+一片極薄(0.45mm厚)鋰電池構(gòu)成。
■ 充電管理芯片BD71631QWZ
其中BD71631QWZ用于對鋰電池進(jìn)行充電控制，從手冊中看到芯片控制充電過程分為三個階段：
• 首先會以0.5倍設(shè)定充電電流對電池進(jìn)行恒流預(yù)充電直到電壓達(dá)到設(shè)定的預(yù)充電閾值VPRE；
• 當(dāng)電池電壓達(dá)到預(yù)充電閾值時芯片以1倍設(shè)定電流恒流充電；
• 當(dāng)電池電壓達(dá)到電池設(shè)定電壓值時，芯片進(jìn)入恒壓充電模式減小充電電流對電池進(jìn)行保護(hù)。
■ 低Iq BUCK芯片BD70522GUL
? 這顆芯片主打低Iq，從手冊上看工作靜態(tài)電流Typ值僅為180nA，關(guān)機(jī)電流為50nA，這個電流級別測試對設(shè)備精度也提出了很高的要求，后面打算使用6位半精度設(shè)備對其進(jìn)行測試；
• 另外看到該IC采用COT(constant on time)控制方式以提高動態(tài)響應(yīng)速度；后面會測試動態(tài)跳變來看下這顆IC的響應(yīng)速度表現(xiàn)；
■ 電壓檢測(復(fù)位)芯片BD5230NVX
• 這顆芯片主要用來檢測電池電壓，防止鋰電池過放損傷；
• 值得一提的是這顆芯片非常小，只有W(Typ) x D(Typ) x H(Max)=1.00 mm x 1.00 mm x 0.60 mm，對手工焊接提出了很高要求，后面測試buck IC的靜態(tài)電流時會把這顆芯片拿掉。
■ EnerCera 鋰電池EC382704P-C
這個鋰電池4.3V滿電容量有27mAh，另外電池超薄只有0.45mm厚，可以進(jìn)行彎曲，官網(wǎng)給出了一幅圖片，可以用于貼在酒瓶表面進(jìn)行電子標(biāo)簽供電。
2. 測試篇
■ Battery供電開機(jī)
首先測試一下電池供電系統(tǒng)上電時序，這里用電源供電代替鋰電池(記得先把鋰電池拆下來哦）
CH1: VIN, 電源輸入電壓模擬鋰電池供電；
CH2: EN, BUCK的使能端也是Reset IC的輸出端；
CH3: SW, BUCK開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW波形；
CH4: Vout波形；
CH5: PG信號；
整個上電過程為：CH1電池電壓VIN上電達(dá)到3.1V時->CH2 Reset芯片輸出高即buck EN置高->delay 大約5ms后buck IC軟啟動開機(jī)，軟啟動時間大約為2.4ms->軟啟動結(jié)束，Vout輸出正常PG信號輸出高電平.
PG：Power Good信號，用來指示BUCK IC是否輸出正常，內(nèi)部是Open Drain結(jié)構(gòu)，需要上拉。
■ Battery供電關(guān)機(jī)
同樣用電源模擬鋰電池供電關(guān)機(jī)，可以看到當(dāng)VIN下降到2.975V時Reset芯片輸出低將BUCK EN拉低，BUCK開始關(guān)機(jī)，Vout下降。(該波形為空載測試，buck處于burst模式，所以SW會有很長一段時間為高)
■ BUCK芯片穩(wěn)態(tài)紋波
CH2: VOUT(ac 耦合)；
CH3: SW;
CH7: iL，電感電流；
以下是3.6Vin-3.3Vout工況下的紋波測試。
? 空載紋波-7mV Vpp
可以看出該芯片支持Burst模式，控制邏輯也很簡單，當(dāng)Vout達(dá)到設(shè)定high值時SW關(guān)閉，等待Vout降低到設(shè)定low值時SW動作上管開通向輸出傳遞能量Vout升高，可以看出每隔大約80ms開關(guān)管才動作一次，這也是該芯片能做到極低功耗的一個原因。
不過因為是burst模式，也就意味著開關(guān)頻率會隨著負(fù)載的變化而發(fā)生改變，后面緩慢增加負(fù)載也會開到開關(guān)頻率的變化。
? 10uA負(fù)載紋波-15mV Vpp
10uA負(fù)載時輸出Vout ripple大小不均勻，這也導(dǎo)致了Ripple增大，這是因為脈沖個數(shù)有1-2個不固定導(dǎo)致，推測主要是內(nèi)部檢測Vout時有noise干擾導(dǎo)致比較器動作次數(shù)不固定。
? 1mA負(fù)載紋波-7mV Vpp
1mA負(fù)載脈沖已經(jīng)可以均勻打出，ripple形狀比較固定
? 100mA負(fù)載紋波-7mV Vpp
100mA負(fù)載電感電流已經(jīng)進(jìn)入CCM
? 500mA滿載紋波-20mV Vpp
■ BUCK芯片空滿載起機(jī)測試
CH1: VIN;
CH2: VOUT;
CH3: SW;
CH7: iL，電感電流；
? 空載起機(jī)波形， 電感電流最大值達(dá)到340mA
? 滿載500mA起機(jī)波形， 電感電流最大值達(dá)到863mA，因此選擇電感時要考慮余量防止電感飽和；
■ BUCK芯片動態(tài)負(fù)載測試
buck采用的COT控制，該控制方法最大的優(yōu)勢就是響應(yīng)迅速，很多VR buck場合都會采用這種控制方法，下面我們來看看動態(tài)響應(yīng)如何吧
? 0-500mA 跳變測試
放大細(xì)節(jié)來看一下：
0-500mA加載恢復(fù)時間用了16us，電壓跌落達(dá)到了87mv，效果并沒有很驚艷。
500mA-0mA減載恢復(fù)用了30us左右，電壓過沖60mV。
? 250-500mA 半載切滿載跳變測試
250mA和500mA buck均工作在CCM狀態(tài)，調(diào)整時間快了很多，均在10個us左右。
整體來看，消費(fèi)級使用動態(tài)效果已經(jīng)算是不錯的了。
■ BUCK芯片輸出短路測試
最后來看看當(dāng)輸出短路時，芯片會如何應(yīng)對。
可以看到數(shù)出短路時電感電流最高沖到1.344A，從芯片內(nèi)部來看，對buck上下管均進(jìn)行了電流采樣，應(yīng)該對上管和下管都設(shè)置了OCP限流點(diǎn)
■ BUCK芯片效率測試
測試設(shè)備采用Keysight 6位半精度雙通道SMU B2912，測試采用keysight上位機(jī)軟件Quick IV，設(shè)置Vin 3.6，4.2和5.5V三個點(diǎn)；Iout 設(shè)置10uA-0.5A 共200個點(diǎn)對數(shù)序列掃描。整個過程可以在幾分鐘內(nèi)完成，另外設(shè)置測量速度為Long-10PLC盡量減小測量誤差。
可以看到10uA負(fù)載基本上效率就已經(jīng)上90%了，效率方面表現(xiàn)優(yōu)異，最高效率點(diǎn)在3.6Vin 負(fù)載130mA左右，達(dá)到了97%。
■ BUCK芯片空載和shutdown關(guān)機(jī)電流
最后到了這顆芯片主打的低功耗測試，3.6Vin3.3Vout空載時僅有188nA輸入電流，將EN短路芯片shutdown測試輸入電流僅有6nA，納悶怎么shutdown電流只有6nA比規(guī)格書標(biāo)稱的typ值小很多。
? 3.6Vin-3.3Vout 空載輸入電流
? 3.6Vin-EN接地shutdown時輸入電流
總體來看這顆芯片在IoT應(yīng)用方面表現(xiàn)還是很不錯的，極低的空載和shutdown電流，極高的輕載效率，還算滿意的動態(tài)效果和表現(xiàn)優(yōu)異的輸出ripple水平。
