不要為了延長(zhǎng)電池壽命而打折靜態(tài)電流

隨著我們的智能互聯(lián)設(shè)備不斷縮小，電池壽命正處于關(guān)鍵時(shí)刻，但仍有望提供比以往更多的功能和性能。要有效延長(zhǎng)未來(lái)器件的電池壽命，需要掌握低靜態(tài)電流。

測(cè)量體溫、輸送胰島素和監(jiān)測(cè)心率的醫(yī)療貼片必須長(zhǎng)時(shí)間可靠地運(yùn)行。然而，這些補(bǔ)丁在使用前經(jīng)常在儲(chǔ)藏室中放置很長(zhǎng)時(shí)間。同樣，智能手表、耳塞和視頻游戲控制器必須在兩次充電之間長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行，以獲得更好的用戶(hù)體驗(yàn)。此外，電表、燃?xì)?a target="_blank">探測(cè)器和樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)等設(shè)備，以及成群的現(xiàn)場(chǎng)傳感器，必須具有可靠的現(xiàn)場(chǎng)正常運(yùn)行時(shí)間，因?yàn)楸仨氼l繁充電或維護(hù)它們是不切實(shí)際的。幾乎所有的物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 設(shè)備都依賴(lài)于電池，這些電池必須在各種條件下長(zhǎng)時(shí)間可靠地運(yùn)行。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員根據(jù)中央控制單元（如微控制器（MCU））的有源、睡眠和休眠電流計(jì)算電池壽命。相關(guān)的傳感器和無(wú)線電也將與MCU協(xié)同工作。當(dāng)然，電源也是必不可少的，為系統(tǒng)的所有功能塊提供能量。電源通常由穩(wěn)壓器組成，例如升壓或降壓的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，或低壓差（LDO）穩(wěn)壓器。有些還具有涉及多種電源架構(gòu)的電源管理IC（PMIC），甚至可能涉及電池充電器。

雖然有功電流消耗是延長(zhǎng)電池壽命的重要因素，但運(yùn)行時(shí)間最終受每種電源模式下所花費(fèi)時(shí)間的影響。每個(gè)組件的待機(jī)電流變得至關(guān)重要，因?yàn)樗吆托菝吖δ苄枰L(zhǎng)的時(shí)間。在這種情況下，電源的靜態(tài)電流是系統(tǒng)待機(jī)功耗的最大貢獻(xiàn)者。例如，考慮一個(gè)由40 mAh，1.55V氧化銀紐扣電池供電的系統(tǒng)，保質(zhì)期為一年。假設(shè)消耗的電流約為4 μA，將電流降低一微安可以將可穿戴設(shè)備的保質(zhì)期延長(zhǎng)約三個(gè)月。

不要低估你的我的影響Q

當(dāng)電源處于待機(jī)模式時(shí)，功耗由靜態(tài)電流（IQ），這是指電路的安靜狀態(tài)，當(dāng)它不驅(qū)動(dòng)任何負(fù)載并且其輸入不循環(huán)時(shí)。雖然名義上，但I(xiàn)Q在輕負(fù)載運(yùn)行期間，還會(huì)對(duì)系統(tǒng)的功率傳輸效率產(chǎn)生重大影響。

有時(shí)，靜態(tài)電流與關(guān)斷電流混淆。在靜態(tài)電流下，系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)，但隨時(shí)準(zhǔn)備喚醒以采取行動(dòng)，這通常是用戶(hù)喜歡其設(shè)備的方式。另一方面，關(guān)斷電流是指處于睡眠狀態(tài)的設(shè)備。設(shè)計(jì)人員使用靜態(tài)電流來(lái)評(píng)估輕負(fù)載時(shí)電源的功耗。當(dāng)設(shè)備斷電但電池連接到穩(wěn)壓器時(shí)，它們使用關(guān)斷電流來(lái)計(jì)算電池壽命。

要延長(zhǎng)設(shè)備的電池壽命，請(qǐng)始終使用低功耗 MCU、傳感器、無(wú)線電和高效電源等組件進(jìn)行設(shè)計(jì)。一些設(shè)計(jì)人員會(huì)選擇升壓轉(zhuǎn)換器，以便在電池電壓降至低電平時(shí)延長(zhǎng)電池壽命。但是，除非選擇正確的轉(zhuǎn)換器，否則此方法可能會(huì)導(dǎo)致更高的IQ，這會(huì)更快地耗盡電池電量。

最終產(chǎn)品的外形尺寸是另一個(gè)重要的考慮因素。消費(fèi)者——因此，設(shè)計(jì)師——被驅(qū)使著變得更小、更輕。挑戰(zhàn)在于，設(shè)備的電池通常是設(shè)備電路板上最大、最重的組件。當(dāng)然，更小的電池意味著更少的容量-這與對(duì)更長(zhǎng)電池壽命的需求相矛盾。因此，挑戰(zhàn)在于通過(guò)高效的電源管理技術(shù)來(lái)平衡容量和大小。

提高系統(tǒng)的電源效率是延長(zhǎng)電池壽命的一種常用方法。系統(tǒng)內(nèi)的MCU、傳感器、模擬前端（AFE）和其他負(fù)載電路必須由與電池不同的電壓驅(qū)動(dòng)。因此，這些電路中的每一個(gè)都需要自己的專(zhuān)用DC-DC轉(zhuǎn)換器，這種設(shè)置伴隨著每個(gè)轉(zhuǎn)換器的效率損失。這些電路還需要支持器件，例如支持微控制器的監(jiān)控IC。

對(duì)于整體系統(tǒng)管理，電流檢測(cè)放大器、溫度傳感器和比較器等“保護(hù)”器件可以幫助管理負(fù)載和電池電流。鑒于處于被動(dòng)狀態(tài)且活動(dòng)時(shí)間不頻繁的產(chǎn)品越來(lái)越受歡迎，電源的IQ,以及配套部件和保護(hù)裝置，成為延長(zhǎng)電池壽命的關(guān)鍵因素。

顯然，密切關(guān)注功率調(diào)節(jié)器（如升壓轉(zhuǎn)換器）中的靜態(tài)電流規(guī)格是有意義的。此電流越低，電池壽命就越長(zhǎng)。特別是對(duì)于當(dāng)今的超小型設(shè)計(jì)，需要的是能夠提供較低靜態(tài)電流和更小外形尺寸的電路。在這種情況下，即使是毫安的電流也不足以對(duì)電池壽命產(chǎn)生影響。當(dāng)今的可穿戴、移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)需要具有納安級(jí)電流的電路。

審核編輯：郭婷