【導(dǎo)讀】所有超低功耗系統(tǒng)的設(shè)計師都非常關(guān)心電池的使用壽命。健身追蹤器的電池需要多長時間充電一次? 而對于一次性電池系統(tǒng)而言，技術(shù)人員需要隔多久維護(hù)一次智能電表或更換電池? 顯然，設(shè)計的目標(biāo)是盡可能延長電池續(xù)航時間。對于健身追蹤器來說，電池能夠續(xù)航一周是比較理想的，而智能電表可以使用20年甚至更長的時間。為實現(xiàn)這一續(xù)航時間，在設(shè)計各個子系統(tǒng)時需要考慮哪些因素呢?
所有超低功耗系統(tǒng)的設(shè)計師都非常關(guān)心電池的使用壽命。健身追蹤器的電池需要多長時間充電一次? 而對于一次性電池系統(tǒng)而言，技術(shù)人員需要隔多久維護(hù)一次智能電表或更換電池? 顯然，設(shè)計的目標(biāo)是盡可能延長電池續(xù)航時間。對于健身追蹤器來說，電池能夠續(xù)航一周是比較理想的，而智能電表可以使用20年甚至更長的時間。為實現(xiàn)這一續(xù)航時間，在設(shè)計各個子系統(tǒng)時需要考慮哪些因素呢?
許多系統(tǒng)往往啟用一到兩個電壓軌，它們?yōu)橄到y(tǒng)微控制器（MCU）、關(guān)鍵傳感器或通信總線供電。這些常開式電壓軌必須保持很高的效率才能延長電池續(xù)航時間。優(yōu)化設(shè)計的子系統(tǒng)能夠?qū)⒚總€常開式子系統(tǒng)消耗的電流降到最低 — 總電流通常低于10μA，甚至是1μA。正如如我在技術(shù)文章中所說, 要實現(xiàn)超低功耗，需要對這些子系統(tǒng)都進(jìn)行優(yōu)化。電壓軌的電流消耗很低意味著電源靜態(tài)電流(IQ)超低, 例如60 nA IQTPS62840。
您也許覺得，在運行時將每個電源的電流消耗降至最低是最重要的。降低IQ可以提高效率，那么降低電池的功耗也就能夠延長電池的續(xù)航時間。但是，效率是否能夠一直顯著提高呢？對在相對較高的負(fù)載電流下運行的系統(tǒng)（如：顯示器和某些傳感器）而言，答案顯然是否定的；輸出功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電流消耗IQ。例如,如果健身跟蹤器的顯示器在5 mA(總功率60毫瓦)下的分電壓為12 V, 那么3.6 V電池(總功率0.36 mW)下的的100μA IQ分電流是微不足道的。
對于這些類型的子系統(tǒng)而言更重要的是禁用時的功耗。為節(jié)省電量，超低功耗系統(tǒng)會在大部分時間關(guān)閉耗電的子系統(tǒng)。因此，關(guān)機電流對系統(tǒng)電池的壽命也非常重要。這種經(jīng)常被稱為漏電的電流可能非常大，因此必須加設(shè)一個負(fù)載開關(guān)來斷開子系統(tǒng)的電源，進(jìn)一步降低關(guān)機電流。TPS62748高效降壓變換器可為這些系統(tǒng)提供負(fù)載開關(guān)和360 nA 超低靜態(tài)電流IQ。
不使用負(fù)載開關(guān)時，如果裝置與負(fù)載之間有連接路徑，則必須同時考慮進(jìn)入設(shè)備本身的漏電流和負(fù)載情況。這是使用升壓轉(zhuǎn)換器經(jīng)常面臨的一種情況，因此有時會加設(shè)特定電路來斷開這些路徑，如TPS61046升壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)的隔離開關(guān)。在其他情況下，這條路徑經(jīng)過特殊優(yōu)化，可以允許旁路操作——在禁用設(shè)備中以低于50nA的停機電流消耗為負(fù)載供電。
為特定子系統(tǒng)選擇合適的設(shè)備類型—超低靜態(tài)電流IQ或超低關(guān)機電流是非常重要的。這些細(xì)微差別在每個超低功耗系統(tǒng)從可穿戴設(shè)備到智能電表，再到醫(yī)療設(shè)備中都很普遍。所以在選擇最佳解決方案前，需要謹(jǐn)慎考慮應(yīng)用需求。
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