【導讀】所有超低功耗系統的設計師都非常關(guān)心電池的使用壽命。健身追蹤器的電池需要多長(cháng)時(shí)間充電一次? 而對于一次性電池系統而言，技術(shù)人員需要隔多久維護一次智能電表或更換電池? 顯然，設計的目標是盡可能延長(cháng)電池續航時(shí)間。對于健身追蹤器來(lái)說(shuō)，電池能夠續航一周是比較理想的，而智能電表可以使用20年甚至更長(cháng)的時(shí)間。為實(shí)現這一續航時(shí)間，在設計各個(gè)子系統時(shí)需要考慮哪些因素呢?
所有超低功耗系統的設計師都非常關(guān)心電池的使用壽命。健身追蹤器的電池需要多長(cháng)時(shí)間充電一次? 而對于一次性電池系統而言，技術(shù)人員需要隔多久維護一次智能電表或更換電池? 顯然，設計的目標是盡可能延長(cháng)電池續航時(shí)間。對于健身追蹤器來(lái)說(shuō)，電池能夠續航一周是比較理想的，而智能電表可以使用20年甚至更長(cháng)的時(shí)間。為實(shí)現這一續航時(shí)間，在設計各個(gè)子系統時(shí)需要考慮哪些因素呢?
許多系統往往啟用一到兩個(gè)電壓軌，它們?yōu)橄到y微控制器（MCU）、關(guān)鍵傳感器或通信總線(xiàn)供電。這些常開(kāi)式電壓軌必須保持很高的效率才能延長(cháng)電池續航時(shí)間。優(yōu)化設計的子系統能夠將每個(gè)常開(kāi)式子系統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(shuō), 要實(shí)現超低功耗，需要對這些子系統都進(jìn)行優(yōu)化。電壓軌的電流消耗很低意味著(zhù)電源靜態(tài)電流(IQ)超低, 例如60 nA IQTPS62840。
您也許覺(jué)得，在運行時(shí)將每個(gè)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(cháng)電池的續航時(shí)間。但是，效率是否能夠一直顯著(zhù)提高呢？對在相對較高的負載電流下運行的系統（如：顯示器和某些傳感器）而言，答案顯然是否定的；輸出功率遠遠超過(guò)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(lèi)型的子系統而言更重要的是禁用時(shí)的功耗。為節省電量，超低功耗系統會(huì )在大部分時(shí)間關(guān)閉耗電的子系統。因此，關(guān)機電流對系統電池的壽命也非常重要。這種經(jīng)常被稱(chēng)為漏電的電流可能非常大，因此必須加設一個(gè)負載開(kāi)關(guān)來(lái)斷開(kāi)子系統的電源，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提供負載開(kāi)關(guān)和360 nA 超低靜態(tài)電流IQ。
不使用負載開(kāi)關(guān)時(shí)，如果裝置與負載之間有連接路徑，則必須同時(shí)考慮進(jìn)入設備本身的漏電流和負載情況。這是使用升壓轉換器經(jīng)常面臨的一種情況，因此有時(shí)會(huì )加設特定電路來(lái)斷開(kāi)這些路徑，如TPS61046升壓轉換器內的隔離開(kāi)關(guān)。在其他情況下，這條路徑經(jīng)過(guò)特殊優(yōu)化，可以允許旁路操作——在禁用設備中以低于50nA的停機電流消耗為負載供電。
為特定子系統選擇合適的設備類(lèi)型—超低靜態(tài)電流IQ或超低關(guān)機電流是非常重要的。這些細微差別在每個(gè)超低功耗系統從可穿戴設備到智能電表，再到醫療設備中都很普遍。所以在選擇最佳解決方案前，需要謹慎考慮應用需求。
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