為了延長電池壽命而降低靜態(tài)電流的損壞

電池壽命正處于關(guān)鍵時刻，因為我們的智能互聯(lián)設(shè)備繼續(xù)縮小，但仍有望提供比以往更多的功能和性能。有效延長未來設(shè)備的電池壽命將需要掌握低靜態(tài)電流。

測量體溫、輸送胰島素和監(jiān)測心率的醫(yī)療貼片必須長時間可靠地運行。然而，這些貼片通常在使用前長時間存放在儲藏室中。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延長運行時間，以獲得更好的用戶體驗。此外，電表、氣體檢測器和樓宇自動化系統(tǒng)等設(shè)備以及成群的現(xiàn)場傳感器必須具有可靠的現(xiàn)場正常運行時間，因為必須頻繁充電或維護它們是不切實際的。幾乎所有物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 設(shè)備都依賴于必須在各種條件下長時間可靠運行的電池。

系統(tǒng)設(shè)計人員根據(jù)中央控制單元（例如微控制器 （MCU））的活動、睡眠和休眠電流來計算電池壽命。相關(guān)的傳感器和無線電也將與 MCU 協(xié)同工作。當(dāng)然，電源也是必不可少的，它為系統(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)甚至電池充電器的電源管理 IC （PMIC）。

雖然有功電流消耗是延長電池壽命的一個重要因素，但運行時間最終會受到每種電源模式所用時間的影響。每個組件的待機電流變得至關(guān)重要，因為睡眠和休眠功能需要更多的時間。在這種情況下，電源的靜態(tài)電流是系統(tǒng)待機功耗的最大貢獻者。例如，考慮一個由 40 mAh、1.55 V 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，將電流降低一個微安可以將可穿戴設(shè)備的保質(zhì)期延長約三個月。

不要低估你的智商的影響

當(dāng)電源處于待機模式時，功耗由靜態(tài)電流 （I Q ） 定義，它指的是電路在不驅(qū)動任何負(fù)載且其輸入不循環(huán)時的安靜狀態(tài)。雖然標(biāo)稱值，但 I Q在輕負(fù)載運行期間也會顯著影響系統(tǒng)的功率傳輸效率。

有時，靜態(tài)電流與關(guān)斷電流混淆。使用靜態(tài)電流，系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)，但隨時準(zhǔn)備喚醒以采取行動，這通常是用戶喜歡他們的設(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)計人員使用靜態(tài)電流來評估輕負(fù)載時電源的功耗。當(dāng)設(shè)備關(guān)閉但其電池連接到穩(wěn)壓器時，他們使用關(guān)斷電流來計算電池壽命。

要延長設(shè)備的電池壽命，請始終使用低功耗 MCU、傳感器、無線電和高效電源等組件進行設(shè)計。當(dāng)電池電壓降至低電平時，一些設(shè)計人員會選擇升壓轉(zhuǎn)換器來延長電池壽命。然而，除非選擇了正確的轉(zhuǎn)換器，否則這種方法會導(dǎo)致更高的 I Q，從而更快地耗盡電池電量。

最終產(chǎn)品的外形尺寸是另一個重要的考慮因素。消費者——因此，設(shè)計師——被驅(qū)使變得更小更輕。挑戰(zhàn)在于，設(shè)備的電池通常是設(shè)備板上最大和最重的組件。當(dāng)然，更小的電池意味著更少的容量——這與對更長電池壽命的需求相矛盾。因此，挑戰(zhàn)就變成了如何利用高效的電源管理技術(shù)來平衡容量和尺寸。

提高系統(tǒng)的電源效率是延長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)載電路必須由不同于電池電壓的電壓驅(qū)動。因此，這些電路中的每一個都需要自己的專用 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，這種設(shè)置會導(dǎo)致每個轉(zhuǎn)換器的效率損失。這些電路還需要支持部件，例如支持微控制器的監(jiān)控 IC。

對于整體系統(tǒng)管理，電流檢測放大器、溫度傳感器和比較器等“保護”設(shè)備可以幫助管理負(fù)載和電池電流。鑒于處于被動狀態(tài)且不頻繁活動的產(chǎn)品越來越受歡迎，電源的 I Q以及配套部件和保護器件成為延長電池壽命的關(guān)鍵因素。

顯然，密切關(guān)注升壓轉(zhuǎn)換器等電源穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流規(guī)格是有意義的。該電流越低，您就越能延長電池壽命。尤其是對于當(dāng)今的超小型設(shè)計而言，需要能夠提供更低靜態(tài)電流和更小外形尺寸的電路。在這種情況下，即使以毫安為單位測量的電流也不足以對電池壽命產(chǎn)生影響。今天的可穿戴、移動和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計需要具有納安電流的電路。

審核編輯：郭婷