低 IQ技术无需牺牲系统性能即可延长电池续航力

随着全球采用电池供电的情况高于以往，对更佳且更平价电池和电池组的需求也同样在飙升。虽然电池制造商纷纷采用新的化学物质与更小的电池组，因此对功率需求带来了全新且复杂的限制，不过基础功能依然不变：现今电池必须具备最长的运作时间与更长的保存寿命，且无需牺牲系统性能。


图一 : 现今电池必须具备更长的运作时间与保存寿命，并且无需牺牲系统性能。

低待机功率、快速响应时间、外型尺寸小巧
若要降低功耗，优先要务是将静态电流（IQ）降至最低，如此还可延长电池续航力。所谓装置的 IQ，就是在待机模式或轻负载运作时从电池汲取的电流，亦即消耗的功率。IQ会对装置效率带来极大影响，而在电池供电应用中，若想在无负载或轻负载条件下实现高效率，电源管理解决方案必须对输出进行严格调节，同时需维持超低供应电流。
现今许多设计要求 IQ 只达仅仅数奈安培（nanoampere），而此功能对许多需要长时间待机运作的应用来说均十分重要，从电动车（EV）到电动工具、耳机麦克风、耳罩式耳机与耳塞式耳机，都包含在内。由于这些系统类型有超过 99% 的时间都处于待机模式，因此在待机或睡眠模式下的 IQ便成为限制电池续航力的主要因素。
将电源管理基础组件优化，例如 DC/DC 转换器、低压降稳压器 （LDO）、电源开关、电压参考与监控器和电源管理装置等，有助于降低功耗并延长电池续航力。
以下是低 IQ技术无需牺牲性能即可延长电池续航力和保存寿命的三大方式。

实现常开低电源
超低泄漏处理技术和创新控制拓扑，可延长电池运作时间；在系统进入待机模式时实现超低 IQ，即可延长电池运作时间。
在图二中，TPS37-Q1监控器可针对 EV 电池监控，达到一般的 1 μA IQ，同时一样可支持高达 65-V 的供应电压，无需牺牲空间或响应时间。

图二 : 利用TPS37-Q1进行直接 12-V/48-V 无电池电压监控

如BQ25155在运送模式下具备 10 nA IQ，这类电池充电器集成电路（IC）有助于确保即使闲置在货架上数月或数年，电池电量也不会耗尽。而如TPS7A02可提供 25 nA 超低 IQ，且在运作模式下的 IQ为 3 nA，这类低功耗稳压器则可协助在一般与压降运作下，大幅延长电池续航力。

实现快速响应时间
快速唤醒比较器和零 IQ回馈控制可实现快速动态响应，且无需牺牲低功耗。可在侦测到发生错误时，瞬间将比较器加速的智能型偏压机制，无需额外增加 IQ，即可提升速度。例如在图三中，相较于先前数代产品，TPS62843 降压切换稳压器（一般 IQ为275-nA） 所展现的响应时间 × IQ/ILOAD即改善了超过三倍。此外，TPS37-Q1具备快速的响应与侦测时间（一般为8 μs），比业界的替代方案至少快 2 到 10 倍。

图三 : TPS62843负载瞬态，在 1.2 VOUT、IOUT_MIN = 0 A 至 IOUT_MAX = 300 mA 下

缩小外型尺寸
电阻器和电容器面积缩减技术有助于整合至空间受限的应用中，并且不会对低静态功耗造成影响。新一代奈米功率装置可减少对大多数外部上拉与下拉电阻器以及电阻分压器网络的需求，并且可提供大幅缩小的尺寸，例如TPS7A02即提供 640-μm x 64-μm 芯片级封装尺寸。
另一个可节省主板空间的方式，则是在单一晶粒中整合更多功能。这样的整合可让监控器、参考系统、低压降稳压器、电池充电器与 DC/DC 转换器等组件共享基础组件，并可减少综合 IQ。BQ25125 为电池充电器管理 IC，提供 2.5-mm x 2.5-mm 晶圆芯片级封装，其透过 I2C 整合且灵活控制多个 IQ功能，让设计人员可将整个电源管理系统引进多种低功耗应用中。

结论
随着电池供电应用愈发普遍，面对在无需牺牲系统性能下实现低 IQ的渐增需求，可能令人生畏。 但情况无需如此。超低 IQ技术产品组合可协助在无需于性能与成本间做取舍的情况下，实现超低功耗，进而在后续的电池供电设计中，达到最长的电池运作时间，并延长保存时间。