1.前言
靜態(tài)電流 (I Q )的常見定義是集成電路 (IC) 在無負載和非開關但啟用的情況下汲取的電流。一種更廣泛、更有用的思考方式是,靜態(tài)電流是 IC 在任意數量的超低功耗狀態(tài)下消耗的輸入電流。
對于電池供電的應用,此輸入電流來自電池,因此它決定了電池在需要充電(對于可充電電池,例如鋰離子 (Li-Ion) 或鎳金屬氫化物 (Ni-MH) )) 或更換(對于原電池,例如堿性或鋰二氧化錳 (Li-MnO 2 ))。對于在待機或睡眠模式下花費大量時間的電池供電應用,IQ會影響電池的運行時間數年。例如,使用60nA TPS62840 等超低 I Q降壓轉換器為始終在線的應用(例如圖 1 所示的智能電表)供電,可實現 10 年的電池運行時間。
圖 1:智能電表
I Q還會影響我們每天與之交互的應用程序的電池運行時間。也許你買了一塊智能手表,卻發(fā)現需要充電一個小時才能使用?;蛘撸赡芸偸请S身攜帶一把房子的實體鑰匙,以防您的智能鎖中的電池(如圖 2 所示)沒電了。這兩種情況也與 I Q 相關。
圖 2:智能鎖應用
在本文中,我將解釋與 I Q相關的三個最常用的 DC/DC 轉換器數據表規(guī)范——關斷電流、非開關 I Q和開關 I Q——以及這些規(guī)范如何影響系統(tǒng)功耗。
2.關斷電流
關斷電流是在 IC 關閉或禁用時測量的。鑒于此,您可能認為非開關 I Q應該始終為零。實際上,某些 IC 在此狀態(tài)下會出現漏電流,而其他 IC 實際上具有消耗少量電流的內部電路,即使在 IC 禁用時也能維持內務處理功能。
想想坐在貨架上的消費電子產品。您的智能手表可能無法開箱即用的原因與其每個 IC 的關斷電流規(guī)格有關,如圖 3 所示。當最終產品放在商店貨架上或倉庫中更高的貨架上時(溫度可能升高,導致電池消耗更快),例如,大多數 DC/DC 轉換器都處于關閉狀態(tài)。因此,即使 DC/DC 轉換器被禁用,電池也在緩慢放電。
圖 3: BQ21061 在運輸模式下的電池放電電流
某些 IC 具有多種關斷狀態(tài),例如 TI BQ25120 電池充電器的 2-nA 運輸模式或 TPS61094 升壓轉換器的 4-nA 旁路模式。在這些高級關斷狀態(tài)下,通常設備功能的一個非常有限的子集保持活動狀態(tài),以獲取最小數量的 I Q。相較于700-NA我Q在BQ25120的高阻抗(關斷)模式和200-NA我Q在TPS61094的關機模式,休眠模式和旁路模式350個50倍,分別延長電池運行時間。
3.非開關 I Q
非開關 I Q是當 IC 啟用時,在開關脈沖之間,并且沒有負載。該參數可在大多數開關 DC/DC 轉換器數據表中找到,因為它可以在生產自動化測試設備上輕松測試。
雖然非開關 I Q提供了不同 IC 之間的全面比較,但有兩個缺點使其無法成為電池運行時間的最佳估計:非開關 I Q與汲取的電池電流不同,許多IC從輸入電壓和輸出電壓中獲取它們的 I Q。然而,由于輸出電壓及其 I Q最終來自輸入端的電池,因此需要額外的轉換或測量才能從輸入源獲得等效的 I Q – 您不能將兩個 I Q電流添加到獲取總電池電流。例如,TPS61099升壓轉換器消耗400 nA的我Q從VIN和來自 V OUT的 600nA I Q,但空載輸入電流消耗約為 1.3 μA 而不是 1 μA。
4.切換Iq
開關 I Q有許多不同的名稱:工作 I Q、待機電流、睡眠模式電流、空載輸入電流、低壓差線性穩(wěn)壓器 (LDO) 的接地電流等,是真實的、測量的輸入電流當 IC 沒有提供任何負載電流時就會發(fā)生這種情況。由于它是在現實條件下而不是在生產線上測量的,因此 IC 偶爾會切換以克服損耗并補充輸出端的泄漏。
它是對空載時消耗的電池電流的最佳估計,出現在許多數據表中,例如TPS62840 的 60nA開關 I Q,如圖 4 所示。
圖 4:一個 60nA I Q DC/DC 轉換器
對于大部分時間處于極低功耗狀態(tài)的應用,使用低 I Q DC/DC 轉換器對于實現所需的電池運行時間至關重要。例如,智能鎖大部分時間都處于極低功耗狀態(tài),等待手機發(fā)送開鎖密碼。如果開關 I Q太高,電池的大部分能量會在等待時使用,而不是用于打開或關閉鎖。
5結論
本文簡要介紹了數據表中通常如何指定I Q以及它如何影響電池運行時間。