【導(dǎo)讀】靜態(tài)電流 (IQ) 通常定義為集成電路 (IC) 在空載和非開(kāi)關(guān)但啟用狀態(tài)下消耗的電流。廣義上,靜態(tài)電流是 IC 在任何超低功耗狀態(tài)下消耗的輸入電流,這一定義更有助于我們理解靜態(tài)電流的內(nèi)涵。
靜態(tài)電流 (IQ) 通常定義為集成電路 (IC) 在空載和非開(kāi)關(guān)但啟用狀態(tài)下消耗的電流。廣義上,靜態(tài)電流是 IC 在任何超低功耗狀態(tài)下消耗的輸入電流,這一定義更有助于我們理解靜態(tài)電流的內(nèi)涵。
對(duì)于電池供電的應(yīng)用來(lái)說(shuō),這種輸入電流由電池提供,因而決定了電池工作多長(zhǎng)時(shí)間后需要再次充電(鋰離子或鎳氫電池等可充電電池)或更換電池(堿性電池或鋰二氧化錳等原電池)。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間處于待機(jī)或休眠模式的電池供電應(yīng)用,其電池運(yùn)行時(shí)間可能因靜態(tài)電流的影響產(chǎn)生數(shù)年之差。例如,使用 60nA的TPS62840等超低靜態(tài)電流升壓轉(zhuǎn)換器為常開(kāi)型應(yīng)用(如圖1中的智能電表)供電,其電池運(yùn)行時(shí)間可達(dá) 10 年。
圖 1:智能電表
靜態(tài)電流也會(huì)影響我們?nèi)粘TO(shè)備中的電池的運(yùn)行時(shí)間。比如,您在買(mǎi)到智能手表之后,會(huì)在使用之前先充一小時(shí)電。又或者,您總是隨身攜帶家中的實(shí)體鑰匙,以防智能鎖(如圖 2 所示)的電池電量耗盡。以上兩種場(chǎng)景也與靜態(tài)電流脫不開(kāi)干系。
圖 2:智能鎖應(yīng)用
在本文中,我將介紹直流/直流轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)表中與靜態(tài)電流相關(guān)的三種常見(jiàn)規(guī)格——關(guān)斷電流、非開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流和開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流,并對(duì)這些規(guī)格如何影響系統(tǒng)功耗進(jìn)行說(shuō)明。
應(yīng)對(duì)低功耗應(yīng)用中的低靜態(tài)電流挑戰(zhàn)
閱讀白皮書(shū)“應(yīng)對(duì)低功耗應(yīng)用中的低靜態(tài)電流挑戰(zhàn)”,了解如何在提高性能的同時(shí)延長(zhǎng)電池使用壽命。
關(guān)斷電流
關(guān)斷電流是在 IC 關(guān)閉或禁用時(shí)進(jìn)行測(cè)量的。因此,您可能會(huì)認(rèn)為非開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流應(yīng)該一直為零。事實(shí)上,部分 IC 在該狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)泄漏電流,而其他 IC 實(shí)際上具有內(nèi)部電路,即便在IC禁用的情況下,內(nèi)部電路也會(huì)消耗少量電流以維持內(nèi)務(wù)處理功能。
以擺放在商店貨架上的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品為例,您的智能手表之所以在購(gòu)買(mǎi)之后無(wú)法立即工作,與其 IC的關(guān)斷電流規(guī)格有關(guān),如圖 3 所示。當(dāng)終端產(chǎn)品在商店貨架上擺放或在倉(cāng)庫(kù)中長(zhǎng)時(shí)間存放時(shí)(溫度可能會(huì)升高,導(dǎo)致電池電量更快耗盡),其中的器件(例如大部分直流/直流轉(zhuǎn)換器)是處于關(guān)斷狀態(tài)的。因此,盡管直流/直流轉(zhuǎn)換器處于禁用狀態(tài),電池仍在緩慢放電。
圖 3:BQ21061 處于運(yùn)輸節(jié)電模式時(shí)的電池放電電流
部分IC具有多種關(guān)斷狀態(tài),比如 TI的BQ25120電池充電器的2nA運(yùn)輸模式,或者 TPS61094 升壓轉(zhuǎn)換器的4nA旁路模式。在這些高級(jí)關(guān)斷狀態(tài)下,為了僅消耗極少量的靜態(tài)電流,通常會(huì)啟用非常有限的器件功能。與靜態(tài)電流為700nA的 BQ25120 高阻抗(關(guān)斷)模式和靜態(tài)電流為200nA 的TPS61094 關(guān)斷模式相比,運(yùn)輸節(jié)電模式和旁路模式可將電池運(yùn)行時(shí)間分別延長(zhǎng) 350 倍和 50 倍。
非開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流
非開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流是 IC 已啟用、處于開(kāi)關(guān)脈沖之間且沒(méi)有負(fù)載時(shí)的電流。這一參數(shù)可通過(guò)量產(chǎn)自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備輕松測(cè)得,因此可從大部分開(kāi)關(guān)直流/直流轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)表中找到。
雖然可以根據(jù)非開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流對(duì)不同的 IC 進(jìn)行同類(lèi)比較,但這種方式無(wú)法對(duì)電池運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行最準(zhǔn)確的估算,原因有二:非開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流不同于消耗的電池電流,而且許多 IC 同時(shí)通過(guò)輸入電壓和輸出電壓消耗靜態(tài)電流。但是,既然輸出電壓及其靜態(tài)電流從根本上來(lái)自輸入端的電池,因而需要采取額外轉(zhuǎn)換或測(cè)量,以獲取輸入電源的等效靜態(tài)電流——不可將兩個(gè)靜態(tài)電流值簡(jiǎn)單相加來(lái)得出消耗的電池總電流。例如,TPS61099 升壓轉(zhuǎn)換器可從輸入電壓消耗400nA靜態(tài)電流,并從輸出電壓消耗600nA靜態(tài)電流,但其空載輸入電流消耗約為 1.3μA 而非 1μA。
開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流
開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流有許多不同的名稱(chēng):工作靜態(tài)電流、待機(jī)電流、休眠模式電流、空載輸入電流、低壓降線(xiàn)性穩(wěn)壓器 (LDO) 的接地電流等。它是IC處于工作狀態(tài)且不提供任何負(fù)載電流時(shí)實(shí)際測(cè)得的輸入電流。由于開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流是在實(shí)際情況下而非量產(chǎn)線(xiàn)上所測(cè)得,因此IC偶爾會(huì)進(jìn)行切換以減少損耗并對(duì)輸出端的泄漏進(jìn)行補(bǔ)充。
該參數(shù)是對(duì)空載狀態(tài)下所消耗電池電流的最準(zhǔn)確估算,可在許多數(shù)據(jù)表中找到,例如TPS62840的開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流為60nA,如圖 4 所示。
圖4:60nA靜態(tài)電流直流/直流轉(zhuǎn)換器
對(duì)于大部分時(shí)間都保持超低功耗狀態(tài)的應(yīng)用來(lái)說(shuō),使用低靜態(tài)電流直流/直流轉(zhuǎn)換器對(duì)于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用所需的電池運(yùn)行時(shí)間至關(guān)重要。例如,智能鎖在大部分時(shí)間內(nèi)處于超低功耗狀態(tài),等待手機(jī)發(fā)送開(kāi)鎖碼。如果開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流過(guò)高,則大部分的電池電量都將消耗在等待中,而不是用于開(kāi)關(guān)鎖。
結(jié)語(yǔ)
本文簡(jiǎn)要介紹了數(shù)據(jù)表中靜態(tài)電流的常見(jiàn)規(guī)格及其對(duì)電池運(yùn)行時(shí)間的影響。要了解更多關(guān)于靜態(tài)電流的詳細(xì)信息,請(qǐng)參閱白皮書(shū)“在低功耗應(yīng)用中克服低IQ挑戰(zhàn)”,閱讀筆者發(fā)布在模擬設(shè)計(jì)期刊上的文章“靜態(tài)電流:定義、常見(jiàn)誤解及其使用方式”,或觀看低靜態(tài)電流培訓(xùn)系列視頻,更加深入地了解該主題。
(來(lái)源:德州儀器)
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