三種靜態(tài)電流規(guī)格的詳細(xì)說明

靜態(tài)電流 (I_Q) 通常定義為集成電路 (IC) 在空載和非開關(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。

對于電池供電的應(yīng)用來說，這種輸入電流由電池提供，因而決定了電池工作多長時(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）。對于長時(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。以上兩種場景也與靜態(tài)電流脫不開干系。

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)的三種常見規(guī)格——關(guān)斷電流、非開關(guān)靜態(tài)電流和開關(guān)靜態(tài)電流，并對這些規(guī)格如何影響系統(tǒng)功耗進(jìn)行說明。

應(yīng)對低功耗應(yīng)用中的低靜態(tài)電流挑戰(zhàn)

閱讀白皮書“應(yīng)對低功耗應(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)行測量的。因此，您可能會(huì)認(rèn)為非開關(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)類電子產(chǎn)品為例，您的智能手表之所以在購買之后無法立即工作，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庫中長時(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 350 倍和 50 倍。

非開關(guān)靜態(tài)電流

非開關(guān)靜態(tài)電流是 IC 已啟用、處于開關(guān)脈沖之間且沒有負(fù)載時(shí)的電流。這一參數(shù)可通過量產(chǎn)自動(dòng)化測試設(shè)備輕松測得，因此可從大部分開關(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)非開關(guān)靜態(tài)電流對不同的 IC 進(jìn)行同類比較，但這種方式無法對電池運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行最準(zhǔn)確的估算，原因有二：非開關(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)電流從根本上來自輸入端的電池，因而需要采取額外轉(zhuǎn)換或測量，以獲取輸入電源的等效靜態(tài)電流——不可將兩個(gè)靜態(tài)電流值簡單相加來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。

開關(guān)靜態(tài)電流

開關(guān)靜態(tài)電流有許多不同的名稱：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)際測得的輸入電流。由于開關(guān)靜態(tài)電流是在實(shí)際情況下而非量產(chǎn)線上所測得，因此IC偶爾會(huì)進(jìn)行切換以減少損耗并對輸出端的泄漏進(jìn)行補(bǔ)充。

該參數(shù)是對空載狀態(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

對于大部分時(shí)間都保持超低功耗狀態(tài)的應(yīng)用來說，使用低靜態(tài)電流直流/直流轉(zhuǎn)換器對于實(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)送開鎖碼。如果開關(guān)靜態(tài)電流過高，則大部分的電池電量都將消耗在等待中，而不是用于開關(guān)鎖。

結(jié)語

本文簡要介紹了數(shù)據(jù)表中靜態(tài)電流的常見規(guī)格及其對電池運(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，請參閱白皮書“在低功耗應(yīng)用中克服低I_Q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。