隨著全球范圍內(nèi)電池使用量的急速上升，從智能手表到智能門鈴，再到汽車和工廠中的傳感器都離不開電池，電池對系統(tǒng)能達到的低功耗的要求也越來越高。延長電池壽命就是延長產(chǎn)品的使用壽命和降低整個系統(tǒng)的成本。在電源設(shè)計的過程中，電源工程師常常面臨降低EMI，增加功率密度，低噪聲和高精度，隔離，低功耗（低IQ）五大挑戰(zhàn)，其中降低功耗被一些工程師認為是設(shè)計難點。本文就來重點討論一下設(shè)計工程師如何克服低IQ難題？

有些產(chǎn)品大部分時間處于待機狀態(tài)，但即使是在待機模式下，寶貴的電池壽命也會有損耗；而有些產(chǎn)品在出廠之前，在倉庫保存的時間較長，也就是貨架期比較長，這也讓電池有特別多的損耗。TI的低靜態(tài)電流IQ技術(shù)，可以在不影響系統(tǒng)性能的情況下，延長電池壽命和貨架期。

但是實際電路設(shè)計更復(fù)雜，需要考慮所有電路的功耗和漏電流等更多因素，光有低靜態(tài)電流IQ技術(shù)還不夠。TI升壓和升降壓產(chǎn)品線產(chǎn)品市場經(jīng)理鄒鵬指出，電源工程師想要在待機模式下實現(xiàn)高電池效率，還需要設(shè)計一套完整的電源解決方案，嚴格管理功率輸出，同時保持超低電流。TI超低IQ技術(shù)和產(chǎn)品組合能幫助設(shè)計工程師實現(xiàn)低功耗，并更大限度延長電池運行時間。

從三個方面克服超低功耗問題

對于很多MCU或傳感器處于常開狀態(tài)的系統(tǒng)來說，我們需要設(shè)計一個超低功耗、常開型的電源。TI從三個方面著手幫助工程師改善電池損耗大的問題。

第一，持續(xù)改善工藝。借助強大的超低漏電工藝技術(shù)和持續(xù)開發(fā)的新型的控制拓撲架構(gòu)電路，延長電池的運行時間。

第二，快速響應(yīng)時間。對于電源尤其是DC-DC電源，快速響應(yīng)時間是衡量電路好壞的一個很重要的指標。一個電路反應(yīng)速度越快，相應(yīng)的電路損耗就會越大，這時就需要用更多的電路去彌補損耗。利用TI快速喚醒比較器和零IQ反饋控制，可在不影響低功耗性能的情況下，實現(xiàn)快速動態(tài)響應(yīng)。

第三，更小的外形尺寸。電路要實現(xiàn)的功耗越低，相應(yīng)的，彌補損耗的輔助電路就會越多，這將間接導(dǎo)致芯片的尺寸變大。利用TI電阻器和電容器的面積縮減技術(shù)，可以將各電路集成到空間受限的應(yīng)用中，同時不影響整個靜態(tài)功耗。

鄒鵬表示，數(shù)十年來，TI一直投資于可縮短設(shè)計時間和提高成本效益創(chuàng)新，從而在電源中實現(xiàn)超低的靜態(tài)功耗。

用三個產(chǎn)品實現(xiàn)設(shè)計的高效落地

日前，TI推出三款超低功耗的器件，第一個是TPS61094雙向降壓/升壓轉(zhuǎn)換器，第二個是LMR43620和LMR43620-Q1汽車級降壓轉(zhuǎn)換器，第三個是LM74720-Q1理想二極管系列產(chǎn)品。

首先來看第一個TPS61094。超級電容充放電一體化雙向降壓/升壓轉(zhuǎn)換器TPS61094的推出，表明TI在下一代電池供電類工業(yè)應(yīng)用以及醫(yī)療應(yīng)用中實現(xiàn)低IQ的決心。新型雙向降壓/升壓轉(zhuǎn)換器TPS61094內(nèi)部集成降壓型超級電容充電器和升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器，可達到60nA的業(yè)內(nèi)超低靜態(tài)電流，是同類競品升壓轉(zhuǎn)換器IQ的三分之一。

它有三個關(guān)鍵優(yōu)勢：一是高集成度，它內(nèi)部集成了超級電容的充電和放電管理電路，可設(shè)置成純充電電路或放電電路，能減少最多50%的元件并簡化設(shè)計；二是長壽命，可將電池壽命延長高達20%，在必須由一次性電池供電的應(yīng)用中，借助60nA的低IQ，可實現(xiàn)10年或以上的壽命；三是高功率密度，與同類競爭的升壓轉(zhuǎn)換器相比，升壓運行中2A的電感峰值電流可將輸出電流翻倍。除了自身優(yōu)勢之外，TPS61094搭配超級電容的方案與傳統(tǒng)的混合層電容器(HLC)方案相比，該方案可將電池壽命延長多達20%。超級電容的強大的放電能力有助于支持比較大的峰值負載，這對于智能儀表、煙霧探測器和可視門鈴等電池供電類工業(yè)應(yīng)用以及需要長待機的醫(yī)療應(yīng)用非常重要。

第二個產(chǎn)品是LMR43620和LMR43620-Q1，LMR43620系列是業(yè)界非常先進的寬輸入電壓降壓轉(zhuǎn)換器，可滿足常開型汽車類應(yīng)用的低待機功耗要求。LMR43620-Q1主要優(yōu)勢有三點：一是低EMI，利用展頻技術(shù)、可配置的強制 PWM 模式和頻率外同步功能，可實現(xiàn)非常低EMI，EMI在汽車設(shè)計中是非常重要的問題；二是高效率，LMR43620系列適用于負載很寬的范圍，從1mA到2A，都能實現(xiàn)難得的85%以上的高效率（大部分DC-DC轉(zhuǎn)換器可能在1A或2A時效率很高，比如到達85%或者90%，但在1mA時效率就降到了50%，甚至40%、30%）；三是高集成，最大程度減小解決方案尺寸和元件數(shù)量，采用2mm×2mm的低電磁干擾的wettable flanks HotRod? 封裝，同時具有內(nèi)部補償功能。LMR43620系列產(chǎn)品目前可提供預(yù)量產(chǎn)器件。

汽車級理想二極管系列產(chǎn)品LM74720-Q1是鄒鵬介紹的第三個產(chǎn)品。隨著智能汽車的普及,系統(tǒng)功能變得越來越復(fù)雜，耗電模塊越來越多，而典型的車載僅靠一個12V電池供電，所以降低功耗就變得尤為重要。LM74720-Q1系列低IQ汽車級理想二極管系列，非常適用于有超低功耗要求的常開型的系統(tǒng)設(shè)計，具有開通時間短和快速關(guān)斷性能，可實現(xiàn)反向電池保護。并且提供更小的尺寸解決方案。

目前LM74720系列可以提供三個型號的子系列產(chǎn)品。第一個是LM74720-Q1，它是業(yè)界先進的滿足35μA最大值IQ指標的產(chǎn)品，可幫助設(shè)計人員滿足汽車應(yīng)用更高效、有限功耗預(yù)算的要求。第二個LM74722-Q1，這個產(chǎn)品是率先面市的200KHz有源整流，可實現(xiàn)快速開/關(guān)，確保提供超高級別的系統(tǒng)保護。第三個產(chǎn)品是LM74721-Q1，它具有集成VDS鉗位的3V到65V寬輸入電源電壓，可為12V和24V汽車類電池供電的電源控制單元，提供更小尺寸的解決方案。

“從網(wǎng)站、工具、培訓(xùn)到在線支持，在TI你能找到設(shè)計周期每個階段的可用資源”，鄒鵬表示，“TI希望提供全面的設(shè)計工具和培訓(xùn)文檔幫助設(shè)計工程師進一步降低系統(tǒng)電源IQ，提高電池壽命，從而降低環(huán)境成本，為實現(xiàn)碳達峰、碳中和貢獻企業(yè)力量。”