所有超低功耗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(zhǎng)時(shí)間充電一次?而對(duì)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(jì)的目標(biāo)是盡可能延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。對(duì)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(zhǎng)的時(shí)間。為實(shí)現(xiàn)這一續(xù)航時(shí)間，在設(shè)計(jì)各個(gè)子系統(tǒng)時(shí)需要考慮哪些因素呢?

許多系統(tǒng)往往啟用一到兩個(gè)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(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。優(yōu)化設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)能夠?qū)⒚總€(gè)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(shí)現(xiàn)超低功耗，需要對(duì)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60nA IQTPS62840。

您也許覺得，在運(yùn)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(zhǎng)電池的續(xù)航時(shí)間。但是，效率是否能夠一直顯著提高呢?對(duì)在相對(duì)較高的負(fù)載電流下運(yùn)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5mA(總功率60毫瓦)下的分電壓為12V,那么3.6V電池(總功率0.36mW)下的的100μA IQ分電流是微不足道的。

對(duì)于這些類型的子系統(tǒng)而言更重要的是禁用時(shí)的功耗。為節(jié)省電量，超低功耗系統(tǒng)會(huì)在大部分時(shí)間關(guān)閉耗電的子系統(tǒng)。因此，關(guān)機(jī)電流對(duì)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(gè)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(jī)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360nA超低靜態(tài)電流IQ。

不使用負(fù)載開關(guān)時(shí)，如果裝置與負(fù)載之間有連接路徑，則必須同時(shí)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(shí)會(huì)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(jī)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(jī)電流是非常重要的。這些細(xì)微差別在每個(gè)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。