過渡応答を改善するための鍵は、最善のトポロジーを出発点とすることです。たとえば、TPS61094 は低 I_Q と高速過渡応答に対応しています。TPS61094 は、スーパーキャパシタ充電 (降圧) およびスーパーキャパシタ放電 (昇圧) モードで I_Q が 60nA と小さい双方向昇降圧コンバータです。TPS61094 は、出力の dv/dt の傾きを監視しそのレギュレーション動作を調整することで、任意の瞬間の過渡性能を最適化します。これにより、低 I_Q を維持しながら、出力の電圧降下を迅速に検出できます。その結果、バックアップ電源のサポートまたはスーパーキャパシタによるピーク負荷のサポートを TPS61094 が開始する際に、出力電圧はほぼ一定に保たれます。

電流を多く消費するブロックの数をできるだけ減らす必要があります。つまり、トポロジーがシンプルであるほど、改善につながります。たとえば、TPS63900 は 4 スイッチの昇降圧コンバータであり、静止電流 (I_Q) は 75nA です。この製品は単一モードを使用して出力電圧のレギュレーションを実施し、入力レベルより上か下、または入力に等しい値にします。コア アーキテクチャに加えて、軽負荷に移行するときにサンプル / ホールドの手法を使用し、すべての内部サポート機能の I_SHDN を最小化します。

ゼロ電流帰還デバイダ、デジタル支援制御機能、ダイナミック バイアス印加によって、電流をさらに節減することもできます。ダイナミック バイアス印加はよく知られた手法ですが、わずか数 nA で動作させる場合には課題をもたらす可能性があります。バイアス電流が小さいときにゲインが小さくなる事態を防止するために、バイアス電流の関数としてトランスコンダクタンスと出力抵抗の両方を最適化すると、静止電流 (I_Q) 効率の良い定ゲイン アンプを実現できます。

別の手法は、高速スタートアップ回路を使用することです。サンプル / ホールドのリファレンス システムのスタートアップ時間を短くすると、バンドギャップ コアとスケーリング アンプ回路のオン時間は非常に短くなります。この結果、オン時間とオフ時間の比率を改善できるので、平均電流をナノアンペアの範囲まで低減しながら、ノイズと精度の水準を維持することができます。

ライン過渡応答を改善するために、エネルギー効率の優れた方法で、電圧レギュレーション ループにフィードフォワード手法を適用します。バイアス電流を調整するため、または回路を有効にするために過渡検出回路を使用すると、出力側での電圧低下とセトリング タイムの両方をさらに小さくすることができます。

図 11 に、TPS63900 にこれらの手法を適用した状況を示します。ライン過渡は出力電圧の中でかろうじて認識できますが、スイッチング リップルを大幅に下回っています。それに対し、他のデバイスでは 100mV の変化を示しています。