在不影響系統性能的情況下延長電池壽命的 3 種低 IQ 技術

隨著電池供電型應用的激增，人們對質優價廉的電池和電池包的需求持續猛漲。電池制造商們不斷采用新的化學物質，推出更小的尺寸，新的、復雜的限制和要求也隨之產生，但是對電池基本功能的要求未曾改變，即：在不影響系統性能的前提下，延長運行時間和貨架期。

更大程度降低靜態電流 (I_Q) 是降低功耗進而延長電池壽命的優先選擇。器件的 I_Q 是電池處于待機模式或者輕負載運行時流出的電流或消耗的電量。I_Q 能大幅影響器件的能效。在電池供電型應用中，要想在無負載或輕負載運行時實現高能效，就需要實施電源管理解決方案，在維持超低供電電流的同時，嚴格控制輸出。

如今的很多設計僅需要幾納安的 I_Q，這個功能惠及很多需要長時間待機運行的應用，大到電動汽車 (EV)，小到電動工具和各類耳機。由于這類系統超過 99% 的時間都處于待機模式，因此，待機或睡眠模式下的 I_Q 是電池壽命的限制因素。

優化直流/直流轉換器、低壓降穩壓器 (LDO)、電源開關、電壓基準和監控器等電源管理構塊以及電源管理器件，有助于降低能耗，延長電池壽命。

下面是我們的三大低 I_Q 技術，可在不影響系統性能的情況下，延長電池壽命和貨架期。

支持設計低功耗、常開型電源

超低漏電工藝技術和新型控制拓撲，可延長電池運行時間。在系統進入待機模式時實現超低 I_Q 可以延長電池運行時間。

在圖 1 中，德州儀器 TPS37-Q1  監控器在執行 EV 電池監控時，I_Q 為典型值 1μA，同時支持最高 65V 的電源電壓，而電源空間和響應時間均未受到影響。 

圖 1：借助德州儀器 TPS37-Q1 直接執行 12V/48V 非電池電源電壓監控

電池充電器集成電路 (IC)，例如芯片模式下 I_Q 為 10nA 的 德州儀器 BQ25155，可幫助確保電池在貨架上放置幾個月，甚至幾年，電量也不會耗盡。低功耗穩壓器，例如具有超低 I_Q (25nA) 的德州儀器 TPS7A02，在運輸模式下 I_Q 僅為 3nA，有助于大幅延長電池在正常和低壓降運行模式下的壽命。

實現快速響應

快速喚醒比較器和零 I_Q 反饋控制可在不影響低功耗性能的情況下實現快速動態響應。智能偏置方案能夠在檢測到錯誤時，瞬時提升比較器的電壓，無需消耗更多的 I_Q 即可提高響應速度。例如，在圖 2 中，I_Q 典型值為 275nA 的德州儀器 TPS62843 降壓開關穩壓器，其響應時間 × I_Q/I_LOAD 的值比前幾代產品提升了三倍以上。此外，德州儀器 TPS37-Q1 的響應時間和檢測時間也是業內超短（典型值 8μs），比競品快兩到十倍。 

圖 2：德州儀器TPS62843的負載瞬態數據是  1.2V_OUT、I_{OUT_MIN} = 0A、I_{OUT_MAX} = 300mA

縮小外形尺寸

電阻器和電容器的面積縮減技術，有助于集成到空間受限的應用中，同時不影響靜態功率。在下一代納瓦級器件中，大部分的外部上拉或下拉電阻器和外部電阻分壓器網絡都不再需要，而且外形尺寸更小，例如德州儀器 TPS7A02 便采用 640μm x 64μm Chip-Scale Package。

節省電路板面積的另一個方法是將更多功能集成到單個裸片上。這種集成使各個模塊（如監控器、基準系統、低壓降穩壓器、電池充電器和直流/直流轉換器）能夠共享通用的構建塊，同時減小總 I_Q 大小。德州儀器BQ25125 是采用 2.5 mm x 2.5 mm Wafer Chip-Scale Package 的電池充電器管理 IC，通過 I²C 集成并能靈活控制多個低 I_Q 功能。設計人員因此能用整個電源管理系統為多個低功耗應用供電。

結語

電池供電型應用現已隨處可見，越來越多的人要求在不影響系統性能的同時降低 I_Q，這是一項艱巨的任務。但也不必氣餒。借助德州儀器基于超低 I_Q 開發的產品組合，無需費心權衡性能和成本，即可在下一代電池供電型設計中實現超低功耗，更大限度地延長電池運行時間和貨架期。