減少靜態電流 (IQ) 是降低功耗與管理電池續航力的關鍵。物聯網 (IoT) 感測器節點是說明為何需減少 IQ 以延長電池續航力的最佳範例之一。以 圖 1 中顯示的低功耗 IoT 應用為例,SimpleLink™ MCU 會透過 Bluetooth®、Wi-Fi® 連線或是透過兩者來控制門鎖。
由於這些系統類型大部分時間 (>99%) 都處於待機模式 (如 圖 2 所示),因此在待機或睡眠模式下的 IQ 便成為限制電池續航力的主要因素。若能對低 IQ 電源管理區塊仔細進行最佳化,將可讓電池續航力從兩年延伸到五年以上。
待機 IQ 是長久以來的疑慮,但過去的解決方案僅限於少數低功耗系統。最新的突破可降低 DC/DC 轉換器、電源開關、低壓降穩壓器 (LDO) 及監控器等電源管理建構基礎 IQ,使這些區塊的應用得以擴展到工業量測應用、汽車感測器與個人可穿戴裝置等終端設備。
如 圖 3 所示,在過去 10 年中,5-V LDO 中的 IQ 每三年就減少約 90%。電路改善與最佳化處理技術不僅成功縮減解決方案空間並提升暫態雜訊性能,更可減少 IQ。
Keith Kunz
Distinguished Member Technical Staff
Design Engineer & Technologist, Linear Power
Stefan Reithmaier
Distinguished Member Technical Staff
Analog Design Manager, Boost & Multi Channel/Phase DCDC
IQ 是在啟用積體電路 (IC) 但未切換也不支援外部負載電流時,所使用的電流量。關機電流 (ISHDN) 是裝置停用時從電源消耗的電流。
電源穩壓器等常開功能的 IQ 因待機時間長而會影響系統整體 I Q。在電源穩壓器內部,電壓參考、誤差放大器、輸出電壓分壓器及保護電路都有自己的操作電流。
為決定從電池或電源供應器消耗的總 IQ,您必須考慮電容器、電阻器與電感器的常開功能和洩漏源。
針對切換轉換器的 IQ,必須加以區別。切換轉換器通常包含可提供較長免切換時間的省電模式,因此可減少平均 IQ。但由於 IQ 並不包含切換電流或從電壓輸出 (VOUT) 消耗電流的效率元件,例如 圖 4 中的升壓轉換器範例,因此可使用 方程式 1,針對幾乎任何穩壓器,如下計算參考輸入無負載操作電流的超集合:
電流與電壓如 圖 4 說明,其中:
若您知道電池容量並已算出參考輸入待機電流,方程式 2 可如以下估計待機模式時間 >99.9% 的高工作循環低功耗系統之電池續航力:
舉例來說,待機電流 1.2 µA 的工作循環系統可以 100-mAh 鈕釦型單芯電池運作 8.7 年。