如何讓一次性電池供電應(yīng)用實(shí)現(xiàn)10年以上壽命？選擇一顆更低靜態(tài)電流（ I_Q）的降壓/升壓轉(zhuǎn)換器

針對(duì)一次性電池電池供電的應(yīng)用（例如智能電表等），由于其特殊的安裝和工作環(huán)境的要求，通常需要其具備超長(zhǎng)的電池壽命。隨著無(wú)線(xiàn)連接成為必要需求時(shí)，這些應(yīng)用中還要支持足夠高的瞬態(tài)峰值電流來(lái)支持無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能（例如NB-IoT）。在這種設(shè)計(jì)目標(biāo)驅(qū)使下的電路方案，通常會(huì)采用超級(jí)電容+電池+MCU+傳感器+無(wú)線(xiàn)的方案，但最為關(guān)鍵的設(shè)計(jì)點(diǎn)是將這些部分連起來(lái)一個(gè)充放電的供電管理方案，做到在保證性能的同時(shí)，盡可能低的IQ來(lái)延長(zhǎng)電池壽命。TI新推出的TPS61094這一顆降壓升壓轉(zhuǎn)換器芯片就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)方案在這個(gè)方向的優(yōu)化。

實(shí)現(xiàn)低IQ的難點(diǎn)：多重因素牽制

據(jù)德州儀器升壓和升降壓產(chǎn)品線(xiàn)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理鄒鵬分享，實(shí)現(xiàn)低IQ的諸多因素會(huì)相互牽制。首先要實(shí)現(xiàn)低IQ，那么電路會(huì)變得更為復(fù)雜；特別是對(duì)于DC/DC器件而言，快速響應(yīng)時(shí)間是很重要的指標(biāo)，相應(yīng)的速度與功耗的消耗成正比，這個(gè)時(shí)候就需要更多的電路去彌補(bǔ)功耗反饋。電路復(fù)雜、器件變多，漏電流就會(huì)增多，而且復(fù)雜的電路又會(huì)與更小外形尺寸的設(shè)計(jì)目標(biāo)相背。要在待機(jī)模式下實(shí)現(xiàn)高電池效率，需要電源管理電路實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的功率輸出管理同時(shí)保持低功耗。

在低IQ的電源器件方向上，TI出于行業(yè)領(lǐng)先的地位。以之前發(fā)布的明星產(chǎn)品TPS63900是業(yè)界首款能做到75nA靜態(tài)電流的Buck-Boost，同類(lèi)型的競(jìng)品功耗基本都在1000nA以上。在低IQ的實(shí)現(xiàn)上，TI有領(lǐng)先于行業(yè)的兩方面的技術(shù)壁壘。一是其優(yōu)化的工藝，比如通過(guò)工藝優(yōu)化減少單位面積上電阻、電容甚至Fets的面積；另一方面是其創(chuàng)新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，比如一些快速的過(guò)零檢測(cè)、低功耗的比較器檢測(cè)技術(shù)等等。這里面涉及到非常多的創(chuàng)新的技術(shù)點(diǎn)，TI并未進(jìn)行過(guò)多深入的分享。但正是基于這兩方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，TI將其可以靈活地將其運(yùn)用到各種不同的電源器件中。也正是基于這兩方面的優(yōu)勢(shì)，TI近期推出了TPS61094降壓**/**升壓轉(zhuǎn)換、LMR43620和LMR43620-Q1降壓轉(zhuǎn)換器、LM74720-Q1理想二極管系列產(chǎn)品，這三個(gè)新的低IQ電源器件。接下來(lái)我們重點(diǎn)為大家分享TPS61094。

低功耗工業(yè)應(yīng)用中的電池壽命延長(zhǎng)多達(dá)20%

TPS61094是一個(gè)典型的Buck-Boost器件，60nA的超低靜態(tài)電流(IQ)僅為同類(lèi)競(jìng)品升三分之一，將超級(jí)電容的充放電管理電路與業(yè)內(nèi)超低的IQ功耗相結(jié)合，是TPS61094的主要特點(diǎn)，這一電路設(shè)計(jì)方案可以很好的支持低功耗電池供電工業(yè)應(yīng)用的成本、性能和功耗優(yōu)化。以下圖的智能電表這一應(yīng)用案例來(lái)看，傳統(tǒng)的方案是混合層電容器 (HLC) 方案，而采用TPS61094搭配超級(jí)電容的優(yōu)化方案使其電池壽命延長(zhǎng)多達(dá)20%，成本降低60%，運(yùn)行時(shí)間提高2%。具體可以參考應(yīng)用手冊(cè)。

此外，TPS61094還具備其它競(jìng)品兩倍的2A電感峰值電流，支持瞬態(tài)的無(wú)線(xiàn)通信功能（例如NB-IoT的峰值電流高達(dá)500mA）。TPS61094內(nèi)部超級(jí)電容的管理電路的內(nèi)部集成，相比分離方案帶來(lái)了50%的整體方案元器件數(shù)量減少，從而幫助客戶(hù)降低了整體方案面積。

為汽車(chē)級(jí)電源芯片實(shí)現(xiàn)更低IQ表現(xiàn)

除了TPSTPS61094之外，TI在此次發(fā)布會(huì)上還推出了LMR43620（商業(yè)級(jí)）和LM43620-Q1（汽車(chē)級(jí)），這是一款寬輸入電壓降壓轉(zhuǎn)換器；還有一款是汽車(chē)級(jí)理想二極管LM74720-Q1；這兩款產(chǎn)品也同樣在低IQ上有著更好的表現(xiàn)。

LMR43620-Q1可以滿(mǎn)足常開(kāi)型汽車(chē)類(lèi)應(yīng)用的低功耗的需求，一個(gè)典型的案例是長(zhǎng)久不開(kāi)的車(chē)，要保證足夠低的靜態(tài)電流，使某些車(chē)載設(shè)備的待機(jī)功耗足夠低，從而避免電瓶沒(méi)電打不著火的狀況發(fā)生。這款芯片支持2A的最大電流輸入，降壓轉(zhuǎn)換器，在150oC Tjmax下IQ<3μA。同時(shí)該芯片還利用利用展頻技術(shù)、可配置的強(qiáng)制PWM 模式和頻率外同步功能，可實(shí)現(xiàn)低EMI。該器件適用于負(fù)載很寬的范圍，轉(zhuǎn)換器在1mA時(shí)仍然可實(shí)現(xiàn)>85%的效率。

LM74720-Q1是用于汽車(chē)級(jí)應(yīng)用的具備低IQ表現(xiàn)的理想二極管系列產(chǎn)品，據(jù)鄒鵬分享，目前的汽車(chē)的功能越來(lái)越復(fù)雜，比如智能車(chē)載矩陣大燈、車(chē)載智能座艙、車(chē)載儀表、USB Type-C充電或者是智能車(chē)載遙控器等等。但是典型的車(chē)載只有一個(gè)12V電池，越來(lái)越多的智能器件連接上去之后電能消耗就越來(lái)越大，所以降低功耗就越來(lái)越重要，這時(shí)候很多負(fù)載都需要做電流反向保護(hù)。傳統(tǒng)上的做法是用戶(hù)在電路輸入級(jí)上加上一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二極管，或者有的用戶(hù)用P-FET去做，但是這兩種做法要么就是效率低，要么就成本高。LM74720系列就可以很好地解決這一問(wèn)題。當(dāng)前TI提供了三種不同的型號(hào)，各自具備領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：LM74720-Q1的優(yōu)勢(shì)是提供了業(yè)內(nèi)先進(jìn)的35μA IQ（最大值），LM74722-Q1是率先面市的200KHz有源整流可實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)/關(guān)，確保提供超高級(jí)別的系統(tǒng)保護(hù)。LM74721-Q1具有集成VDS鉗位的3V至65V寬輸入電源電壓可為12V 和24V 汽車(chē)類(lèi)電池供電的電子控制單元提供更小尺寸的解決方案。
低IQ是電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要追求目標(biāo)之一，但其實(shí)現(xiàn)的方式包含了諸多的工藝和拓?fù)涞募夹g(shù)細(xì)節(jié)，而且還要進(jìn)行多種不同因素的平衡，所以追求低IQ的設(shè)計(jì)有較大的操作空間并不容易。雖然每條電源芯片產(chǎn)品線(xiàn)的設(shè)計(jì)理念都是比較獨(dú)立的，但對(duì)于TI而言，可以利用較大的平臺(tái)優(yōu)勢(shì) ，實(shí)現(xiàn)一些低IQ的IP的復(fù)用、低IQ工藝的復(fù)用，這是其獨(dú)特不可復(fù)制的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。