隨著全球范圍內(nèi)電池使用量的急速上升，從智能手表到智能門(mén)鈴，再到汽車(chē)和工廠(chǎng)中的傳感器都離不開(kāi)電池，電池對(duì)系統(tǒng)能達(dá)到的低功耗的要求也越來(lái)越高。延長(zhǎng)電池壽命就是延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命和降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。在電源設(shè)計(jì)的過(guò)程中，電源工程師常常面臨降低EMI，增加功率密度，低噪聲和高精度，隔離，低功耗（低IQ）五大挑戰(zhàn)，其中降低功耗被一些工程師認(rèn)為是設(shè)計(jì)難點(diǎn)。本文就來(lái)重點(diǎn)討論一下設(shè)計(jì)工程師如何克服低IQ難題？

有些產(chǎn)品大部分時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，但即使是在待機(jī)模式下，寶貴的電池壽命也會(huì)有損耗；而有些產(chǎn)品在出廠(chǎng)之前，在倉(cāng)庫(kù)保存的時(shí)間較長(zhǎng)，也就是貨架期比較長(zhǎng)，這也讓電池有特別多的損耗。TI的低靜態(tài)電流IQ技術(shù)，可以在不影響系統(tǒng)性能的情況下，延長(zhǎng)電池壽命和貨架期。

但是實(shí)際電路設(shè)計(jì)更復(fù)雜，需要考慮所有電路的功耗和漏電流等更多因素，光有低靜態(tài)電流IQ技術(shù)還不夠。TI升壓和升降壓產(chǎn)品線(xiàn)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理鄒鵬指出，電源工程師想要在待機(jī)模式下實(shí)現(xiàn)高電池效率，還需要設(shè)計(jì)一套完整的電源解決方案，嚴(yán)格管理功率輸出，同時(shí)保持超低電流。TI超低IQ技術(shù)和產(chǎn)品組合能幫助設(shè)計(jì)工程師實(shí)現(xiàn)低功耗，并更大限度延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間。

從三個(gè)方面克服超低功耗問(wèn)題

對(duì)于很多MCU或傳感器處于常開(kāi)狀態(tài)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)超低功耗、常開(kāi)型的電源。TI從三個(gè)方面著手幫助工程師改善電池?fù)p耗大的問(wèn)題。

第一，持續(xù)改善工藝。借助強(qiáng)大的超低漏電工藝技術(shù)和持續(xù)開(kāi)發(fā)的新型的控制拓?fù)浼軜?gòu)電路，延長(zhǎng)電池的運(yùn)行時(shí)間。

第二，快速響應(yīng)時(shí)間。對(duì)于電源尤其是DC-DC電源，快速響應(yīng)時(shí)間是衡量電路好壞的一個(gè)很重要的指標(biāo)。一個(gè)電路反應(yīng)速度越快，相應(yīng)的電路損耗就會(huì)越大，這時(shí)就需要用更多的電路去彌補(bǔ)損耗。利用TI快速喚醒比較器和零IQ反饋控制，可在不影響低功耗性能的情況下，實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

第三，更小的外形尺寸。電路要實(shí)現(xiàn)的功耗越低，相應(yīng)的，彌補(bǔ)損耗的輔助電路就會(huì)越多，這將間接導(dǎo)致芯片的尺寸變大。利用TI電阻器和電容器的面積縮減技術(shù)，可以將各電路集成到空間受限的應(yīng)用中，同時(shí)不影響整個(gè)靜態(tài)功耗。

鄒鵬表示，數(shù)十年來(lái)，TI一直投資于可縮短設(shè)計(jì)時(shí)間和提高成本效益創(chuàng)新，從而在電源中實(shí)現(xiàn)超低的靜態(tài)功耗。

用三個(gè)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的高效落地

日前，TI推出三款超低功耗的器件，第一個(gè)是TPS61094雙向降壓/升壓轉(zhuǎn)換器，第二個(gè)是LMR43620和LMR43620-Q1汽車(chē)級(jí)降壓轉(zhuǎn)換器，第三個(gè)是LM74720-Q1理想二極管系列產(chǎn)品。

首先來(lái)看第一個(gè)TPS61094。超級(jí)電容充放電一體化雙向降壓/升壓轉(zhuǎn)換器TPS61094的推出，表明TI在下一代電池供電類(lèi)工業(yè)應(yīng)用以及醫(yī)療應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)低IQ的決心。新型雙向降壓/升壓轉(zhuǎn)換器TPS61094內(nèi)部集成降壓型超級(jí)電容充電器和升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器，可達(dá)到60nA的業(yè)內(nèi)超低靜態(tài)電流，是同類(lèi)競(jìng)品升壓轉(zhuǎn)換器IQ的三分之一。

它有三個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：一是高集成度，它內(nèi)部集成了超級(jí)電容的充電和放電管理電路，可設(shè)置成純充電電路或放電電路，能減少最多50%的元件并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)；二是長(zhǎng)壽命，可將電池壽命延長(zhǎng)高達(dá)20%，在必須由一次性電池供電的應(yīng)用中，借助60nA的低IQ，可實(shí)現(xiàn)10年或以上的壽命；三是高功率密度，與同類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)的升壓轉(zhuǎn)換器相比，升壓運(yùn)行中2A的電感峰值電流可將輸出電流翻倍。除了自身優(yōu)勢(shì)之外，TPS61094搭配超級(jí)電容的方案與傳統(tǒng)的混合層電容器(HLC)方案相比，該方案可將電池壽命延長(zhǎng)多達(dá)20%。超級(jí)電容的強(qiáng)大的放電能力有助于支持比較大的峰值負(fù)載，這對(duì)于智能儀表、煙霧探測(cè)器和可視門(mén)鈴等電池供電類(lèi)工業(yè)應(yīng)用以及需要長(zhǎng)待機(jī)的醫(yī)療應(yīng)用非常重要。

第二個(gè)產(chǎn)品是LMR43620和LMR43620-Q1，LMR43620系列是業(yè)界非常先進(jìn)的寬輸入電壓降壓轉(zhuǎn)換器，可滿(mǎn)足常開(kāi)型汽車(chē)類(lèi)應(yīng)用的低待機(jī)功耗要求。LMR43620-Q1主要優(yōu)勢(shì)有三點(diǎn)：一是低EMI，利用展頻技術(shù)、可配置的強(qiáng)制 PWM 模式和頻率外同步功能，可實(shí)現(xiàn)非常低EMI，EMI在汽車(chē)設(shè)計(jì)中是非常重要的問(wèn)題；二是高效率，LMR43620系列適用于負(fù)載很寬的范圍，從1mA到2A，都能實(shí)現(xiàn)難得的85%以上的高效率（大部分DC-DC轉(zhuǎn)換器可能在1A或2A時(shí)效率很高，比如到達(dá)85%或者90%，但在1mA時(shí)效率就降到了50%，甚至40%、30%）；三是高集成，最大程度減小解決方案尺寸和元件數(shù)量，采用2mm×2mm的低電磁干擾的wettable flanks HotRod? 封裝，同時(shí)具有內(nèi)部補(bǔ)償功能。LMR43620系列產(chǎn)品目前可提供預(yù)量產(chǎn)器件。

汽車(chē)級(jí)理想二極管系列產(chǎn)品LM74720-Q1是鄒鵬介紹的第三個(gè)產(chǎn)品。隨著智能汽車(chē)的普及,系統(tǒng)功能變得越來(lái)越復(fù)雜，耗電模塊越來(lái)越多，而典型的車(chē)載僅靠一個(gè)12V電池供電，所以降低功耗就變得尤為重要。LM74720-Q1系列低IQ汽車(chē)級(jí)理想二極管系列，非常適用于有超低功耗要求的常開(kāi)型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有開(kāi)通時(shí)間短和快速關(guān)斷性能，可實(shí)現(xiàn)反向電池保護(hù)。并且提供更小的尺寸解決方案。

目前LM74720系列可以提供三個(gè)型號(hào)的子系列產(chǎn)品。第一個(gè)是LM74720-Q1，它是業(yè)界先進(jìn)的滿(mǎn)足35μA最大值IQ指標(biāo)的產(chǎn)品，可幫助設(shè)計(jì)人員滿(mǎn)足汽車(chē)應(yīng)用更高效、有限功耗預(yù)算的要求。第二個(gè)LM74722-Q1，這個(gè)產(chǎn)品是率先面市的200KHz有源整流，可實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)/關(guān)，確保提供超高級(jí)別的系統(tǒng)保護(hù)。第三個(gè)產(chǎn)品是LM74721-Q1，它具有集成VDS鉗位的3V到65V寬輸入電源電壓，可為12V和24V汽車(chē)類(lèi)電池供電的電源控制單元，提供更小尺寸的解決方案。

“從網(wǎng)站、工具、培訓(xùn)到在線(xiàn)支持，在TI你能找到設(shè)計(jì)周期每個(gè)階段的可用資源”，鄒鵬表示，“TI希望提供全面的設(shè)計(jì)工具和培訓(xùn)文檔幫助設(shè)計(jì)工程師進(jìn)一步降低系統(tǒng)電源IQ，提高電池壽命，從而降低環(huán)境成本，為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和貢獻(xiàn)企業(yè)力量。”