東芝公司（TOKYO：6502）近日宣布面向由紐扣式鋰離子電池供電的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備，開(kāi)發(fā)片上單電感多輸出（SIMO）直流（DC-DC）變換器。

新推出的變換器不僅可在 1μW 到 50mW 負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) 65%-86%的效率，此范圍廣度是傳統(tǒng) SIMO 直流變換器的 100 倍以上，而且將延長(zhǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間。

這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步是于 11 月 9 日由電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）在日本富山主辦的 2016 年亞洲固態(tài)電路會(huì)議（A-SSCC）上公布的。

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由小容量紐扣式鋰離子電池供電的集成電路（IC）正日益廣泛運(yùn)用于各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，且在各電路中需以最小供電電壓運(yùn)行方可節(jié)能。

過(guò)去，為供應(yīng)多電壓，需在直流變換器內(nèi)安裝多個(gè)外部電感器，但 SIMO 直流變換器僅需 1 個(gè)外部電感器。

這一降低設(shè)備成本和容量的優(yōu)勢(shì)已激發(fā)廣泛的 SIMO 直流變換器研發(fā)。

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由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大部分時(shí)間以待機(jī)模式（功耗低于 1mW）運(yùn)行，而僅有小部分時(shí)間以活動(dòng)模式（功耗為數(shù)十毫瓦）運(yùn)行，因此 SIMO 直流變換器必須支持寬負(fù)載范圍及高轉(zhuǎn)換效率。

但是，傳統(tǒng)的 SIMO 直流變換器并非專為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，而且無(wú)法支持如此寬的負(fù)載范圍及實(shí)際效率。

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東芝已提升 SIMO 直流變換器在輕載范圍內(nèi)的效率。

傳統(tǒng)控制電路的高度敏感比較器將被僅由邏輯門(mén)構(gòu)成的新型控制電路 1 取代，以降低其功耗。

此外，新提出的運(yùn)行模式可降低電流分配至各輸出通道的開(kāi)關(guān)切換頻率。

因此，當(dāng)負(fù)載功率高于 5μW 時(shí)，東芝新推出的 SIMO 直流變換器可實(shí)現(xiàn) 80%以上的效率，而負(fù)載功率為 1μW，則約為 65%效率。

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東芝還提高了數(shù)十毫瓦負(fù)載范圍內(nèi)的效率。

為防止 SIMO 直流變換器輸出通道之間的干擾，傳統(tǒng)的模擬控制在通道轉(zhuǎn)換之前需等待相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，從而造成該負(fù)載范圍內(nèi)的效率下降。

新推出的 SIMO 直流變換器利用數(shù)字反饋控制將等待時(shí)間降至最小。

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上述體系結(jié)構(gòu)可在東芝的 SIMO 直流變換器在 1 μW 至 50 mW 寬負(fù)載范圍（圖 1）內(nèi)實(shí)現(xiàn) 65%-86%的實(shí)際效率方面為其提供支持。

轉(zhuǎn)換效率超過(guò) 60%所處的負(fù)載范圍廣度是傳統(tǒng) SIMO 直流變換器的 100 倍以上，而且新推出的 SIMO 直流變換器可延長(zhǎng)由紐扣式鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間。

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東芝計(jì)劃未來(lái)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備用低功耗集成電路內(nèi)使用 SIMO 直流變換器，包括藍(lán)牙（Bluetooth?）低能耗系統(tǒng)。

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1 執(zhí)行邏輯運(yùn)算的電路。

*Bluetooth?字標(biāo)和標(biāo)識(shí)為 Bluetooth SIG, Inc. 持有的注冊(cè)商標(biāo)。

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Fig. 1. DC-DC conversion efficiency vs. output power.