低 IQ技術(shù)無(wú)需犧牲系統(tǒng)性能即可延長(zhǎng)電池續(xù)航力

隨著全球采用電池供電的情況高于以往，對(duì)更佳且更平價(jià)電池和電池組的需求也同樣在飆升。雖然電池制造商紛紛采用新的化學(xué)物質(zhì)與更小的電池組，因此對(duì)功率需求帶來(lái)了全新且復(fù)雜的限制，不過(guò)基礎(chǔ)功能依然不變：現(xiàn)今電池必須具備最長(zhǎng)的運(yùn)作時(shí)間與更長(zhǎng)的保存壽命，且無(wú)需犧牲系統(tǒng)性能。

 
圖一 : 現(xiàn)今電池必須具備更長(zhǎng)的運(yùn)作時(shí)間與保存壽命，并且無(wú)需犧牲系統(tǒng)性能。

低待機(jī)功率、快速響應(yīng)時(shí)間、外型尺寸小巧
若要降低功耗，優(yōu)先要?jiǎng)?wù)是將靜態(tài)電流（IQ）降至最低，如此還可延長(zhǎng)電池續(xù)航力。所謂裝置的 IQ，就是在待機(jī)模式或輕負(fù)載運(yùn)作時(shí)從電池汲取的電流，亦即消耗的功率。IQ會(huì)對(duì)裝置效率帶來(lái)極大影響，而在電池供電應(yīng)用中，若想在無(wú)負(fù)載或輕負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)高效率，電源管理解決方案必須對(duì)輸出進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)節(jié)，同時(shí)需維持超低供應(yīng)電流。
現(xiàn)今許多設(shè)計(jì)要求 IQ 只達(dá)僅僅數(shù)奈安培（nanoampere），而此功能對(duì)許多需要長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)運(yùn)作的應(yīng)用來(lái)說(shuō)均十分重要，從電動(dòng)車(chē)（EV）到電動(dòng)工具、耳機(jī)麥克風(fēng)、耳罩式耳機(jī)與耳塞式耳機(jī)，都包含在內(nèi)。由于這些系統(tǒng)類(lèi)型有超過(guò) 99% 的時(shí)間都處于待機(jī)模式，因此在待機(jī)或睡眠模式下的 IQ便成為限制電池續(xù)航力的主要因素。
將電源管理基礎(chǔ)組件優(yōu)化，例如 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、低壓降穩(wěn)壓器 （LDO）、電源開(kāi)關(guān)、電壓參考與監(jiān)控器和電源管理裝置等，有助于降低功耗并延長(zhǎng)電池續(xù)航力。
以下是低 IQ技術(shù)無(wú)需犧牲性能即可延長(zhǎng)電池續(xù)航力和保存壽命的三大方式。

實(shí)現(xiàn)常開(kāi)低電源
超低泄漏處理技術(shù)和創(chuàng)新控制拓?fù)?，可延長(zhǎng)電池運(yùn)作時(shí)間；在系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)模式時(shí)實(shí)現(xiàn)超低 IQ，即可延長(zhǎng)電池運(yùn)作時(shí)間。
在圖二中，TPS37-Q1 監(jiān)控器可針對(duì) EV 電池監(jiān)控，達(dá)到一般的 1 μA IQ，同時(shí)一樣可支持高達(dá) 65-V 的供應(yīng)電壓，無(wú)需犧牲空間或響應(yīng)時(shí)間。

 

圖二 : 利用 TPS37-Q1 進(jìn)行直接 12-V/48-V 無(wú)電池電壓監(jiān)控

如BQ25155在運(yùn)送模式下具備 10 nA IQ，這類(lèi)電池充電器集成電路（IC）有助于確保即使閑置在貨架上數(shù)月或數(shù)年，電池電量也不會(huì)耗盡。而如TPS7A02可提供 25 nA 超低 IQ，且在運(yùn)作模式下的 IQ為 3 nA，這類(lèi)低功耗穩(wěn)壓器則可協(xié)助在一般與壓降運(yùn)作下，大幅延長(zhǎng)電池續(xù)航力。

實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)時(shí)間
快速喚醒比較器和零 IQ回饋控制可實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，且無(wú)需犧牲低功耗。可在偵測(cè)到發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，瞬間將比較器加速的智能型偏壓機(jī)制，無(wú)需額外增加 IQ，即可提升速度。例如在圖三中，相較于先前數(shù)代產(chǎn)品，TPS62843 降壓切換穩(wěn)壓器（一般 IQ為275-nA） 所展現(xiàn)的響應(yīng)時(shí)間 × IQ/ILOAD即改善了超過(guò)三倍。此外，TPS37-Q1具備快速的響應(yīng)與偵測(cè)時(shí)間（一般為8 μs），比業(yè)界的替代方案至少快 2 到 10 倍。
 
圖三 : TPS62843負(fù)載瞬態(tài)，在 1.2 VOUT、IOUT_MIN = 0 A 至 IOUT_MAX = 300 mA 下

縮小外型尺寸
電阻器和電容器面積縮減技術(shù)有助于整合至空間受限的應(yīng)用中，并且不會(huì)對(duì)低靜態(tài)功耗造成影響。新一代奈米功率裝置可減少對(duì)大多數(shù)外部上拉與下拉電阻器以及電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)的需求，并且可提供大幅縮小的尺寸，例如TPS7A02即提供 640-μm x 64-μm 芯片級(jí)封裝尺寸。
另一個(gè)可節(jié)省主板空間的方式，則是在單一晶粒中整合更多功能。這樣的整合可讓監(jiān)控器、參考系統(tǒng)、低壓降穩(wěn)壓器、電池充電器與 DC/DC 轉(zhuǎn)換器等組件共享基礎(chǔ)組件，并可減少綜合 IQ。BQ25125 為電池充電器管理 IC，提供 2.5-mm x 2.5-mm 晶圓芯片級(jí)封裝，其透過(guò) I2C 整合且靈活控制多個(gè) IQ功能，讓設(shè)計(jì)人員可將整個(gè)電源管理系統(tǒng)引進(jìn)多種低功耗應(yīng)用中。

結(jié)論
隨著電池供電應(yīng)用愈發(fā)普遍，面對(duì)在無(wú)需犧牲系統(tǒng)性能下實(shí)現(xiàn)低 IQ的漸增需求，可能令人生畏。 但情況無(wú)需如此。超低 IQ技術(shù)產(chǎn)品組合可協(xié)助在無(wú)需于性能與成本間做取舍的情況下，實(shí)現(xiàn)超低功耗，進(jìn)而在后續(xù)的電池供電設(shè)計(jì)中，達(dá)到最長(zhǎng)的電池運(yùn)作時(shí)間，并延長(zhǎng)保存時(shí)間。