Understand the specifications of 3 quiescent current (IQ)
Time:2021-11-29
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靜態(tài)電流 (IQ) 通常定義為集成電路 (IC) 在空載和非開關但啟用狀態(tài)下消耗的電流。廣義上，靜態(tài)電流是 IC 在任何超低功耗狀態(tài)下消耗的輸入電流，這一定義更有助于我們理解靜態(tài)電流的內(nèi)涵。
對于電池供電的應用來說，這種輸入電流由電池提供，因而決定了電池工作多長時間后需要再次充電（鋰離子或鎳氫電池等可充電電池）或更換電池（堿性電池或鋰二氧化錳等原電池）。對于長時間處于待機或休眠模式的電池供電應用，其電池運行時間可能因靜態(tài)電流的影響產(chǎn)生數(shù)年之差。例如，使用 60nA的TPS62840等超低靜態(tài)電流升壓轉(zhuǎn)換器為常開型應用（如圖1中的智能電表）供電，其電池運行時間可達 10 年。
圖 1：智能電表
靜態(tài)電流也會影響我們?nèi)粘ＴO備中的電池的運行時間。比如，您在買到智能手表之后，會在使用之前先充一小時電。又或者，您總是隨身攜帶家中的實體鑰匙，以防智能鎖（如圖 2 所示）的電池電量耗盡。以上兩種場景也與靜態(tài)電流脫不開干系。
圖 2：智能鎖應用
在本文中，我將介紹直流/直流轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)表中與靜態(tài)電流相關的三種常見規(guī)格——關斷電流、非開關靜態(tài)電流和開關靜態(tài)電流，并對這些規(guī)格如何影響系統(tǒng)功耗進行說明。
應對低功耗應用中的低靜態(tài)電流挑戰(zhàn)
閱讀白皮書“應對低功耗應用中的低靜態(tài)電流挑戰(zhàn)”，了解如何在提高性能的同時延長電池使用壽命。
關斷電流
關斷電流是在 IC 關閉或禁用時進行測量的。因此，您可能會認為非開關靜態(tài)電流應該一直為零。事實上，部分 IC 在該狀態(tài)下會出現(xiàn)泄漏電流，而其他 IC 實際上具有內(nèi)部電路，即便在IC禁用的情況下，內(nèi)部電路也會消耗少量電流以維持內(nèi)務處理功能。
以擺放在商店貨架上的消費類電子產(chǎn)品為例，您的智能手表之所以在購買之后無法立即工作，與其 IC的關斷電流規(guī)格有關，如圖 3 所示。當終端產(chǎn)品在商店貨架上擺放或在倉庫中長時間存放時（溫度可能會升高，導致電池電量更快耗盡），其中的器件（例如大部分直流/直流轉(zhuǎn)換器）是處于關斷狀態(tài)的。因此，盡管直流/直流轉(zhuǎn)換器處于禁用狀態(tài)，電池仍在緩慢放電。
圖 3：BQ21061 處于運輸節(jié)電模式時的電池放電電流
部分IC具有多種關斷狀態(tài)，比如 TI的BQ25120電池充電器的2nA運輸模式，或者 TPS61094 升壓轉(zhuǎn)換器的4nA旁路模式。在這些高級關斷狀態(tài)下，為了僅消耗極少量的靜態(tài)電流，通常會啟用非常有限的器件功能。與靜態(tài)電流為700nA的 BQ25120 高阻抗（關斷）模式和靜態(tài)電流為200nA 的TPS61094 關斷模式相比，運輸節(jié)電模式和旁路模式可將電池運行時間分別延長 350 倍和 50 倍。
非開關靜態(tài)電流
非開關靜態(tài)電流是 IC 已啟用、處于開關脈沖之間且沒有負載時的電流。這一參數(shù)可通過量產(chǎn)自動化測試設備輕松測得，因此可從大部分開關直流/直流轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)表中找到。
雖然可以根據(jù)非開關靜態(tài)電流對不同的 IC 進行同類比較，但這種方式無法對電池運行時間進行最準確的估算，原因有二：非開關靜態(tài)電流不同于消耗的電池電流，而且許多 IC 同時通過輸入電壓和輸出電壓消耗靜態(tài)電流。但是，既然輸出電壓及其靜態(tài)電流從根本上來自輸入端的電池，因而需要采取額外轉(zhuǎn)換或測量，以獲取輸入電源的等效靜態(tài)電流——不可將兩個靜態(tài)電流值簡單相加來得出消耗的電池總電流。例如，TPS61099 升壓轉(zhuǎn)換器可從輸入電壓消耗400nA靜態(tài)電流，并從輸出電壓消耗600nA靜態(tài)電流，但其空載輸入電流消耗約為 1.3A 而非 1A。
開關靜態(tài)電流
開關靜態(tài)電流有許多不同的名稱：工作靜態(tài)電流、待機電流、休眠模式電流、空載輸入電流、低壓降線性穩(wěn)壓器 (LDO) 的接地電流等。它是IC處于工作狀態(tài)且不提供任何負載電流時實際測得的輸入電流。由于開關靜態(tài)電流是在實際情況下而非量產(chǎn)線上所測得，因此IC偶爾會進行切換以減少損耗并對輸出端的泄漏進行補充。
該參數(shù)是對空載狀態(tài)下所消耗電池電流的最準確估算，可在許多數(shù)據(jù)表中找到，例如TPS62840的開關靜態(tài)電流為60nA，如圖 4 所示。
圖4：60nA靜態(tài)電流直流/直流轉(zhuǎn)換器
對于大部分時間都保持超低功耗狀態(tài)的應用來說，使用低靜態(tài)電流直流/直流轉(zhuǎn)換器對于實現(xiàn)應用所需的電池運行時間至關重要。例如，智能鎖在大部分時間內(nèi)處于超低功耗狀態(tài)，等待手機發(fā)送開鎖碼。如果開關靜態(tài)電流過高，則大部分的電池電量都將消耗在等待中，而不是用于開關鎖。
結語
本文簡要介紹了數(shù)據(jù)表中靜態(tài)電流的常見規(guī)格及其對電池運行時間的影響。要了解更多關于靜態(tài)電流的詳細信息，請參閱白皮書“在低功耗應用中克服低IQ挑戰(zhàn)”，閱讀筆者發(fā)布在模擬設計期刊上的文章“靜態(tài)電流：定義、常見誤解及其使用方式”，或觀看低靜態(tài)電流培訓系列視頻，更加深入地了解該主題。
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