정동작 전류 최소화(I_Q)는 전력 소비를 줄이고 배터리 수명을 관리하는 핵심 요소입니다. 사물 인터넷(IoT) 센서 노드는 배터리 수명을 연장하기 위해 I_Q를 최소화하는 것이 중요한 이유를 가장 잘 보여줍니다. 예를 들어 그림 1에 표시된 저전력 IoT 애플리케이션에서 SimpleLink™ MCU는 Bluetooth®, Wi-Fi® 연결 또는 모두를 통해 도어 잠금을 제어합니다.

_그림 2에서 보듯이 이러한 유형의 시스템은 대부분의 시간(>99%)을 대기 모드에서 보내기 때문에, 대기 모드 또는 절전 모드의 IQ가 배터리 수명에 대한 제한 요인이 되는 경향이 있습니다.그림 2 저 I_Q 전력 관리 블록을 신중하게 최적화하면 배터리 수명을 2년에서 5년 이상으로 늘릴 수 있습니다.

대기 I_Q는 오랫동안 문제가 되어 왔지만, 그동안 해결책은 한정된 수의 저전력 시스템으로 제한되었습니다. 최근의 획기적인 발전으로 DC/DC 변환기, 전원 스위치, LDO(저손실 레귤레이터) 및 슈퍼바이저와 같은 전력 관리 블록의 I_Q가 감소하여 산업용 계량기 애플리케이션, 차량용 센서 및 개인용 웨어러블과 같은 최종 장비로 이러한 블록의 사용이 확대되었습니다.

그림 3에서 알 수 있듯이, 5-V LDO의 I_Q는 지난 10년 동안 3년마다 약 90%씩 감소했습니다.그림 3 회로 개선과 최적화된 프로세스 기술을 통해 솔루션 영역을 줄이고 과도 잡음 성능을 개선하는 동시에 I_Q를 줄일 수 있었습니다.

I_Q는 집적회로(IC)가 활성화되어 있지만 외부 부하 전류를 스위칭하거나 지원하지 않을 때 사용되는 전류의 양입니다. 셧다운 전류(I_SHDN)는 장치가 비활성화되었을 때 공급 장치에서 유입되는 전류입니다.

전력 레귤레이터와 같은 상시 가동 기능의 I_Q는 대기 시간이 긴 시스템의 전체 I_Q에 기여합니다. 전력 레귤레이터 자체 내부에는 전압 레퍼런스, 오류 증폭기, 출력 분압기 및 보호 회로 모두 자체 작동 전류가 있습니다.

배터리 또는 전원 공급 장치에서 유입된 총 I_Q를 확인하려면 커패시터, 저항 및 인덕터의 상시 가동 기능과 누출 소스를 고려해야 합니다.

스위칭 컨버터의 I_Q에 대해, 몇 가지 구별을 해야 합니다. 스위칭 컨버터에는 일반적으로 더 긴 비스위칭 기간을 사용할 수 있는 절전 모드가 포함되어 있어 평균 I_Q를 줄일 수 있습니다. 그러나 I_Q에는 그림 4의 부스트 컨버터의 예처럼 전압 출력(V_OUT)에서 유입된 전류의 스위칭 전류 또는 효율 구성 요소가 포함되지 않기 때문에, 방정식 1을 사용하여 다음과 같은 거의 모든 레귤레이터에 대한 입력 기준 무부하 작동 전류의 상위 집합을 계산할 수 있습니다.

그림 4전류 및 전압은 그림 4에 설명되어 있습니다. 여기서 각 항목의 의미는 다음과 같습니다.

• I_Q(V_IN)는 V_IN 기준 I_Q(IC 데이터 시트 값)입니다.
• ILeakage(V_IN)는 커패시터, 인덕터, 다이오드 또는 스위치에서 V_IN 핀에 유입된 누출입니다.
• V_OUT은 출력 전압입니다.
• V_IN은 배터리 전압(LDO, 부스트 또는 벅부스트 컨버터에 대한 입력 전압)입니다.
• ƞ1은 컨버터가 스위칭 중일 때의 DC/DC 효율입니다.
• I_Q(V_OUT)는 스위칭 컨버터의 V_OUT 핀에 유입된 I_Q입니다. LDO의 경우, I_Q (V_OUT) = 0입니다.
• I_FB는 해당되는 경우 피드백 저항 분할기의 전류입니다.
• I_Load는 대기 모드에서 V_OUT에 존재할 수 있는 부하 전류입니다.

방정식 2배터리 용량을 알고 있고 입력 기준 대기 전류를 계산한 경우 방정식 2는 대기 모드에서 듀티 사이클이 매우 높은 저전력 시스템의 배터리 수명을 다음과 같이 추정합니다.

예를 들어 대기 전류가 1.2µA인 듀티 사이클 시스템의 배터리는 100mAh 코인 셀 배터리에서 8.7년까지 지속될 수 있습니다.

I_Q를 줄이는 것이 어려운 이유 중 몇 가지를 살펴보십시오.