利用低靜態(tài)電流 (IQ) 技術(shù)延長(zhǎng)電池壽命而不犧牲系統(tǒng)性能的三種方法

電池供電設(shè)備的激增推動(dòng)了全球?qū)Ω谩⒏统杀镜碾姵睾碗姵亟M的需求。電池制造商正在引入新的化學(xué)物質(zhì)和小型化電池組，這對(duì)電力需求提出了新的、復(fù)雜的限制。另一方面，基本功能保持不變。當(dāng)今的電池必須能夠在不犧牲系統(tǒng)性能的情況下最大限度地延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間并延長(zhǎng)存儲(chǔ)壽命。

降低功耗時(shí)，首要任務(wù)是盡量減少低靜態(tài)電流 ( IQ )，從而延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間。設(shè)備的IQ是指 設(shè)備處于待機(jī)模式或輕負(fù)載操作時(shí)從電池汲取的電流，或者換句話(huà)說(shuō)，設(shè)備的電流消耗。 IQ可對(duì)設(shè)備效率產(chǎn)生重大影響。為了在空載或輕載條件下實(shí)現(xiàn)高效率，電池供電的應(yīng)用需要電源管理解決方案，在嚴(yán)格調(diào)節(jié)輸出的同時(shí)保持超低電流消耗。

當(dāng)前許多設(shè)計(jì)需要非常低的IQ ，約為納安 (nA) 量級(jí)。這種低靜態(tài)電流對(duì)于需要延長(zhǎng)待機(jī)操作的各種應(yīng)用至關(guān)重要，從電動(dòng)汽車(chē) (EV) 到電動(dòng)工具、頭戴式耳機(jī)、頭戴式耳機(jī)和小型耳機(jī)。此外，這些類(lèi)型的系統(tǒng) 99% 以上的時(shí)間都處于待機(jī)模式，因此待機(jī)或睡眠模式下的IQ可能是電池壽命的限制因素。

優(yōu)化各種電源管理構(gòu)建模塊，例如 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、低壓差穩(wěn)壓器 (LDO)、電源開(kāi)關(guān)、基準(zhǔn)電壓源、監(jiān)控器和電池管理器件，以實(shí)現(xiàn)低功耗并延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間。

本文介紹了利用TI IQ技術(shù)延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間和保質(zhì)期而不犧牲性能的三種方法。

實(shí)現(xiàn)始終開(kāi)啟的低功耗

利用超低泄漏工藝技術(shù)和新穎的控制拓?fù)鋪?lái)實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的電池運(yùn)行時(shí)間。在系統(tǒng)處于待機(jī)模式時(shí)實(shí)現(xiàn)IQ可以延長(zhǎng)電池工作時(shí)間。在

圖1中， TPS37-Q1監(jiān)控器為 EV 電池監(jiān)控提供 1μA(典型值)IQ，同時(shí)提供高達(dá) 65V 的電源電壓覆蓋范圍，而無(wú)需犧牲監(jiān)控電壓范圍或監(jiān)控響應(yīng)時(shí)間。

圖1：使用TPS37-Q1 直接監(jiān)控 12V/48V 電池電壓

BQ25155等電池充電器 IC 的運(yùn)輸模式IQ 為 10nA，有助于確保電池即使存放數(shù)月或數(shù)年也不會(huì)耗盡。TPS7A02等低功耗穩(wěn)壓器可實(shí)現(xiàn)25nA 的超低 IQ和僅為 3nA 的運(yùn)輸模式IQ ，有助于顯著延長(zhǎng)正常和斷電操作期間的電池運(yùn)行時(shí)間。

實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)時(shí)間

快速喚醒比較器和零 IQ反饋控制可實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而無(wú)需犧牲低功耗特性。智能偏置方案可以在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)立即加速比較器，有助于在不提高IQ 的情況下提高速度。例如，在圖 2 中，使用可實(shí)現(xiàn) 275 nA (典型值)IQ 的降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器TPS62843 ，其響應(yīng)時(shí)間 × I?Q /I LOAD比其前代產(chǎn)品提高了 3 倍以上。確實(shí)有。此外，TPS37-Q1還實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最佳的響應(yīng)和檢測(cè)時(shí)間(典型值為 8μs)。這比行業(yè)替代方案快 2 倍到 10 倍。

圖 2 ：TPS62843 的負(fù)載瞬態(tài)特性(V OUT = 1.2V ，I OUT_MIN = 0A至I OUT_MAX = 300mA)

更小的外形 尺寸

電阻器和電容器的面積節(jié)省技術(shù)有助于集成到空間受限的應(yīng)用中，而不會(huì)影響靜態(tài)功耗。下一代毫微功耗器件將不再需要許多外部上拉/下拉電阻器和電阻分壓器電路。它支持超小外形尺寸，例如TPS7A02，其芯片級(jí)封裝尺寸為 640μm x 64μm 。

減少電路板面積的另一種方法是將更多功能集成到單個(gè)芯片上。這種集成允許監(jiān)控器、參考系統(tǒng)、低壓差穩(wěn)壓器 (LDO)、電池充電器和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器等多個(gè)模塊共享通用構(gòu)建模塊，同時(shí)降低整體IQ BQ25125是一款電池充電器管理 IC，采用 2.5mm x 2.5mm WCSP(晶圓芯片級(jí)封裝)封裝，集成了多個(gè)IQ功能，可使用I 2 C 進(jìn)行靈活控制。該產(chǎn)品使整個(gè)電源管理系統(tǒng)能夠應(yīng)用于多種低功耗應(yīng)用。

概括

隨著電池供電應(yīng)用的激增，在不犧牲系統(tǒng)性能的情況下實(shí)現(xiàn)低靜態(tài)電流 ( IQ ) 似乎是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。 然而，情況并非總是如此。TI 的產(chǎn)品組合采用 IQ 技術(shù)，使您能夠?qū)崿F(xiàn)超低功耗，而無(wú)需權(quán)衡性能或成本，從而最大限度地延長(zhǎng)電池壽命并延長(zhǎng)您的下一個(gè)電池供電。