現如今無(wú)論是家用產(chǎn)品還是工業(yè)產(chǎn)品，都逐漸靠向無(wú)線(xiàn)、便攜方面發(fā)展，然而這種設備的電池是需要頻繁充電的，并且使用壽命也非常有限，繁瑣的充電與電池更換一方面使得維護變得愈發(fā)困難，另一方面也相對增大了維護成本和更換成本。

 

值得一提的是，尤其是工業(yè)環(huán)境下，許多產(chǎn)品都是靜態(tài)監控狀態(tài)，每隔數分鐘甚至是數小時(shí)才采集監測一次數據，所以理想的狀態(tài)就是使得相同的電池產(chǎn)品能夠獲得加倍的待機時(shí)長(cháng)、減少充電次數，甚至是能夠達到完全不需要更換電池的程度。

 

那么如何才能達到如此的狀態(tài)？這就不得不提到靜態(tài)電流。2019年9月18日，德州儀器（TI）于北京召開(kāi)了題為“超低靜態(tài)電流(IQ)的電源管理——解決當今及未來(lái)的設計挑戰: 有效延長(cháng)電池和系統壽命”的發(fā)布研討會(huì )，會(huì )上德州儀器電池管理系統產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理王世斌展示了其在超低靜態(tài)電流（IQ）的四款產(chǎn)品。

 

圖1：德州儀器電池管理系統產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理王世斌

 

低IQ帶來(lái)的想象力是無(wú)窮的

 

所謂靜態(tài)電流（IQ）即是負載電流之外部分的電流和電源芯片自身消耗的電流，而除去靜態(tài)電流的系統就稱(chēng)之為最小系統。為順應電子設備微型化的趨勢，就需要更長(cháng)的電池使用壽命。為滿(mǎn)足該需求，就需要更低的靜態(tài)電流 (IQ)。

 

王世斌表示，低IQ在延長(cháng)電池壽命與儲存時(shí)間、實(shí)現更多功能、延長(cháng)系統使用壽命以及降低系統成本方面發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。

 

王世斌現場(chǎng)為記者介紹，一方面，使用電池運行的電源系統需要低待機功耗以延長(cháng)電池壽命，并提供更好的用戶(hù)體驗；另一方面，非攜帶式電子設備需要更精確的產(chǎn)品服務(wù)結束周期偵測 (end-ofservice detection)和更大的待機電源效率，正因如此所以驅動(dòng)著(zhù)低IQ的需求。

 

通過(guò)靜態(tài)電流的降低，待機時(shí)間將更長(cháng)，充電次數也隨之減少，這可以為整個(gè)產(chǎn)品帶來(lái)更少的人力成本、系統整體成本和維修成本。另外，值得一提的是在靜態(tài)電流做到足夠小的情況，工程可以擁有更多的發(fā)揮空間，諸如將多次充電的電池更換為一次性電池，既讓靜態(tài)電流更下降了一步，甚至可以在產(chǎn)品更新?lián)Q代前完全無(wú)需更換電池。

 

“德州儀器一直致力于電池方面的發(fā)展，同時(shí)也處在業(yè)界的領(lǐng)先地位”，王世斌表示，TI電源組中可以分為六種不同類(lèi)型的相關(guān)產(chǎn)品，其中四個(gè)方面則與本次討論的IQ有關(guān)。

 

圖2：TI電源的6種不同類(lèi)型產(chǎn)品和4個(gè)靜態(tài)電流相關(guān)產(chǎn)品

 

“電池使用時(shí)長(cháng)和壽命是有限的，一般來(lái)說(shuō)鋰電池可充電500次并需要一星期甚至一天充一次電，而通過(guò)TI的低IQ系列產(chǎn)品芯片，可以讓充電時(shí)間延長(cháng)至兩天甚至是兩星期”，王世斌如是說(shuō)。

 

TPS7A02：適用于瞬態(tài)場(chǎng)景的線(xiàn)性穩壓器（LDO）

 

這款于9月18日發(fā)布的線(xiàn)性穩壓器LDO，作為業(yè)界比較領(lǐng)先的LDO，靜態(tài)電流低至25nA，比前一代耗能降低大約40倍。新型穩壓器在壓降的條件下 也能在輕負載時(shí)實(shí)現超低 IQ 控制。

 

圖3：TI線(xiàn)性穩壓器（LDO）產(chǎn)品歷史

 

另外，該款LDO更具誘惑的優(yōu)勢則是擁有著(zhù)超小的體積，DSBGA封裝尺寸只有0.65mm×0.65mm，可幫助工程師將解決方案尺寸縮小70%。對于1至50 mA 的負載瞬態(tài)，能夠在5 us以?xún)软憫?，僅為競品器件瞬態(tài)響應時(shí)間的一半。

 

王世斌現場(chǎng)介紹時(shí)表示，如今TPS7A02將靜態(tài)電流做到了25nA，而這并不意味著(zhù)結束，根據市場(chǎng)的不斷變化和需求，未來(lái)該系列產(chǎn)品的靜態(tài)電流也將越做越小。

 

圖4：TPS7A02 LDO的優(yōu)點(diǎn)

 

此款芯片在應用上也非常廣泛，諸如電網(wǎng)基礎設施中由于電表中多為一次性電池，而且體積普遍較小，一般擁有一定壽命周期，由于功耗太高相隔一段時(shí)間就需要更換，應用這款芯片甚至可以讓電池耗電比LDO更高，在生命周期內無(wú)需更換電池，既節省了人力也節省了成本。

 

另外在家居或自動(dòng)化場(chǎng)景下，例如監控攝像系統，一般處于待機狀態(tài)，只有在檢測到移動(dòng)時(shí)才會(huì )錄像，這種場(chǎng)景下對于自身的靜態(tài)電流的要求則更大，所以此款芯片也可以大大增強了電池壽命，減少成本。

 

當然在醫療方面和可穿戴設備上，同樣如此，靜態(tài)電流對于整體電池的影響是非常大的，正因TPS7A02兼具25nA的超低 IQ和快速瞬時(shí)回應，有助于提高系統壽命及性能，所以此款產(chǎn)品的應用是非常廣泛的。

 

TPS62840：可滿(mǎn)足始終開(kāi)啟的應用的需求

 

這款于7月15日發(fā)布的開(kāi)關(guān)穩壓器，靜態(tài)電流大約為60nA，比前一代耗能降低大約6倍，并且尺寸從2mm x 3mm降低至1.5mm x 2mm?？赡軙?huì )有人疑問(wèn)，既然TPS7A02僅有25nA為何還要應用60nA的TPS62840，究其根本來(lái)說(shuō)，該款產(chǎn)品對于長(cháng)時(shí)間處于開(kāi)啟的動(dòng)態(tài)設備來(lái)說(shuō)，會(huì )具有更好的性能，TPS7A02則更適用于瞬態(tài)場(chǎng)景。

 

圖5：TI降壓轉換器產(chǎn)品歷史

 

TPS62840具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，首先，可以延長(cháng)電池運行時(shí)間，在 1-µA 負載下，可提供80% 的超高輕負載效率，幫助設計人員延長(cháng)系統的電池使用壽命。

 

第二，在性能方面，開(kāi)關(guān)噪音過(guò)大時(shí)，會(huì )對ADC一些產(chǎn)能位置構成影響，該款芯片在此方面較為特色的功能便是在需要采集敏感數據時(shí)進(jìn)入可選模式或停止模式，能夠改善噪聲性能并在數據傳輸過(guò)程中減少信號失真。

 

第三，擁有更廣的應用范圍，輸入電壓范圍為1.8VIN – 6.5 VIN，適用于多種電池化學(xué)應用和配置。

 

第四，工程師可以利用新型開(kāi)關(guān)穩壓器減少一半的電池使用數量，或者在設計中使用更小的電池。

 

圖6：TPS62840開(kāi)關(guān)穩壓器的優(yōu)點(diǎn)

 

王世斌表示，TPS62840在超輕負載下的效率較同類(lèi)型器件高出30%，適用于各類(lèi)由電池供電的工業(yè)和個(gè)人電子產(chǎn)品應用。特別是在采集數據較為頻繁或長(cháng)時(shí)間工作的場(chǎng)景下，TPS62840具有獨特的優(yōu)勢，而在瞬間狀態(tài)比較大的場(chǎng)景下，TPS7A02則更加合適。

 

當然，TI也會(huì )提供該款產(chǎn)品的相關(guān)參考設計，特別是針對鋰二氧化錳(LiMnO2) 電池進(jìn)行了優(yōu)化，擁有適用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應用的窄頻無(wú)線(xiàn)模塊供電的參考設計，支持采用LiMnO2電池的智能流量表等三種不同的電源架構。

 

TPS3840：納米級供電與高精度的監控器

 

這款于2019年第一季度推出的開(kāi)關(guān)穩壓器，是適用于納米級供電設計的一系列高輸入電壓、高效監控器。一般來(lái)說(shuō)，監控器大部分時(shí)間都是不工作的，只有在系統異常時(shí)才會(huì )獲取復位信號，因此這款產(chǎn)品擁有低IQ的意義就更加重要了。

 

圖7：高輸入電壓、高效的監控器TPS3840

 

TPS3840擁有納米級的功耗與超高精準度，IQ僅為350nA，在保證了整套監控過(guò)程中的安全可靠以外，可延長(cháng)電池使用壽命。

 

圖8：TPS3840電壓監控器的優(yōu)點(diǎn)

 

在參考設計方面，TI提供適用于保護繼電器模塊且具有診斷功能的非隔離式電源架構參考設計，展示了非隔離電源架構支持具有模擬輸入/輸出的繼電器以及由5-、12-或 24-V DC輸入生成的通訊模組。

 

另外，采用獨立轉換器ADC的高精確度分相CT電表參考設計，借助高性能、多通道模擬數字轉換器可實(shí)現0.1級分相電能量測。

 

正因為T(mén)PS3840擁有高精準度的監控并且擁有納米級的功耗，所以特別適用于電網(wǎng)基礎設施、樓宇自動(dòng)化、電子銷(xiāo)售終端（EPOS）和便攜式電子設備。特別是EPOS在刷卡或掃描二維碼時(shí)會(huì )與中央系統進(jìn)行通訊確認用戶(hù)身份，如果在系統中出現異常交易就會(huì )取消。在此過(guò)程中就涉及到了復位，因此復位芯片是至關(guān)重要。

 

BQ25619：超低截止電流的開(kāi)關(guān)充電器

 

近年來(lái)，隨著(zhù)功耗的逐漸降低，越來(lái)越多的產(chǎn)品的電池也越做越小，然而在此過(guò)程中如果截止電流仍然保持過(guò)去的水準，那么電池電量是不能充到理想的狀態(tài)的，而這部分的電池電量就可以看作電池更多的使用時(shí)間，從而減少充電次數。所以，這款9月6日推出的業(yè)界更低截止電流的開(kāi)關(guān)充電器，在延長(cháng)電池使用壽命上具有獨特的優(yōu)勢。據王世斌介紹，該款可讓電池容量提高7%左右。

 

圖9：BQ25619開(kāi)關(guān)充電器的優(yōu)點(diǎn)

 

低截止電流有助于醫療和個(gè)人電子產(chǎn)品應用，如助聽(tīng)器、耳塞和無(wú)線(xiàn)充電盒。隨著(zhù)電池容量的增加，以及可設定充電計時(shí)器的輔助，使耳塞和充電盒的電池運行時(shí)間延長(cháng)，大幅延長(cháng)電池壽命，并減少使用時(shí)的充電次數。

 

設計者可以更快上手

 

TI在電源市場(chǎng)的占有情況一直是領(lǐng)先的，這四款產(chǎn)品對于電源設計工程師來(lái)說(shuō)，在緊湊的空間內兼顧高精準和更長(cháng)的電池壽命將帶來(lái)無(wú)限的創(chuàng )造性。過(guò)去在靜態(tài)電流較高時(shí)，或許會(huì )花費許多時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化調試，而應用這幾款產(chǎn)品可以節省很多時(shí)間和資源。

 

這四款產(chǎn)品在業(yè)界已是非常領(lǐng)先的水平，而隨著(zhù)市場(chǎng)的不斷更新，客戶(hù)需求下，更低IQ的產(chǎn)品也將不斷涌現。

 

值得一提的是，在客戶(hù)支持上，TI不論在線(xiàn)上還是線(xiàn)下均擁有詳細的電源管理資料，參考設計、培訓將簡(jiǎn)化工程師從入門(mén)到專(zhuān)家的過(guò)程。

 

來(lái)源：21ic電子網(wǎng)  付斌