2019年10月09日 | 德州仪器低静态电流LDO TPS7A02让电池更长待机

如果您有个长时间不用的电子设备（比如无线耳机、可穿戴设备或者遥控器等等），您可能发现其实没开机，电池也没电了。如果设备只是处于待机或睡眠状态，则可能是由于一个很小但至关重要的因素决定的，那就是静态电流。

什么是静态电流？

静态电流被定义为“器件不活动或处于休眠状态时的电流消耗”。因此，静态电流（IQ）是系统在轻载或空载的待机模式下汲取的电流。静态电流通常与关机电流混淆，关机电流是指关闭设备但电池仍连接到系统时消耗的电流。不过，这两种规格在任何低电池消耗的设计中都很重要。

静态电流是大多数集成电路（IC）都需要考虑的，其中放大器，升压和降压转换器以及低压差线性稳压器（LDO）在消耗的静态电流中起重要作用。其中LDO是设计最为简单的产品，同时功耗也容易计算。

例如，如果您需要使用具有0.05mA静态电流的LDO 200mA输出电流，压降从4.2V降至1.8V，那么功耗如公式所示：



当应用切换到待机模式或进入轻负载状态时，静态电流在功耗中的占比显著增大，比如如果IOUT降低至例如100 µA，则总功耗变为：



在此示例中，静态电流贡献了几乎50％的功耗。

您可能会想：“其实这并没有浪费太多的功耗嘛。”但是，那些将大部分时间花费在待机或关机模式下的设备呢？比如智能手表，健身追踪器甚至手机上的某些模块都经常处在非工作状态下。健身追踪器为了实现更高的待机时间，显示系统不可能始终保持运行，在这类轻负载应用中，LDO的功耗将显著影响电池整体寿命。

TPS7A02解决空间和电池寿命双重限制

消费电子产品一直在朝着越来越小和越来越轻便的趋势发展，工程师面临着减少器件尺寸同时还要延长电池寿命的挑战。在大多数情况下，电池是设计中最大，最重的部分。但是，设计人员并不希望实际缩小电池，因为那样会减少电池容量和系统寿命，因此，必须使所有其他设备尽可能小。

为了得到更小尺寸，TI全新推出的LDO TPS7A02具有高峰值功率效率和较小的尺寸，它采用0.65 mm x 0.65 mm的DSBGA封装，间距为0.35 mm，可提供25 nA的静态电流。这不仅是尺寸最小的LDO之一，而且是市场上最低的IQ设备之一。 TPS7A02还支持1mm x 1mm的小尺寸无引线（X2SON）封装，适用于不需要0.65mm x 0.65mm超小尺寸的设计人员。该器件在尺寸和性能方面提供了两全其美的优势。

德州仪器（TI）电池管理系统产品线经理王世斌介绍了TPS7A02 的主要特性和优势，其中包括：

·延长应用的运作时间及系统寿命：TPS7A02在轻负载下的超低IQ控制，能让工程师将使用标准电池化学成分（如锂离子电池）的电池寿命至少延长一倍。例如，在无线可视门铃和监视器的设计中使用 TPS7A02，工程师可实现 24 个月或更长的电池寿命（高达业界标准的四倍）。此外，与行业内同类器件相比，具备 3 nA 更低关机IQ的 TPS7A02可将便携式医疗和可穿戴应用中的电池储存时间延长多达五倍。

·更快的唤醒速度及更好的动态性能：对于1到50 mA 的负载瞬态，TPS7A02 能够在 5 μs内响应，仅为行业内同类器件瞬态响应时间的一半，可支持工程师设计响应时间更短、动态性能更好的应用。TPS7A02能快速响应迅速变化的负载，同时提供更小的输出电压变化，有利于高精密度、低功耗的应用，如无线物联网（IoT）和便携式医疗装置，这些应用需要无噪音电流才能准确采集装置周围的信号。

·更小的解决方案及更快的上市速度：TPS7A02无需任何外部电路或零组件即可自动从IQ节能模式、低负载状态，转换为高负载、快速瞬态状态。因此，工程师可以使用 TPS7A02 将解决方案尺寸缩小 70%，并在空间受限的应用中添加更多功能，或使用更小的电路板降低系统成本。

TPS7A02应用场景详解

如果要设计节省电池寿命的系统，通过启用或禁止的引脚是一种非常简单的解决方案。智能手表，健身追踪器，电话甚至无人机都可以使用此解决方案来提高电池电量。比如无人机在待机模式下花费时间很少，因为无人机通常只在飞行前或飞行后处于空闲状态，您这时就可以通过关闭与飞行无关的模块上的LDO来节省电池寿命。而对于CMOS图像传感器和云台应用来说同样如此，因为这些模块仅在用户想要录制视频或拍照时使用。LDO的关断电流通常为几百nA，之后从电池“汲取”静态电流，该电流可以低于LDO的静态电流，通过关闭LDO，可以给用户带来更多的使用时间。

LDO特别适合CMOS图像传感器和云台的另外一个原因是，这两个系统均对噪声敏感，任何进入图像传感器或云台的噪音都会影响无人机拍摄的视频或图片的质量。分辨率和稳定性。

这个想法也适合手机的摄像头上，该摄像头虽然不经常使用，但仍需要干净，无噪音的电源轨才能保持图像质量。

图1：无人机模块的通用框图，包括处理器、速度控制器、CMOS图像传感器、稳定器等都需要带Enable引脚的LDO，从而实现最低待机功耗。

尽管电池寿命在运行时很大程度上取决于负载条件，但是具有低IQ的LDO也是必须的，可有助于延长任何电池驱动设备的运行时间。这些小型设备不仅限于消费类电子产品。 它们还可在建筑设备及工厂自动化等工业应用中发挥着重要作用。 设计人员有时会忽略了静态电流和关闭电流，这导致额外的功耗将在未来数天内产生，从而影响整体设备的使用体验。

所以工程师们是时候重视静态电流，而且是要从系统层面重视整体电源效率，将 TPS7A02 与其他低静态电流器件搭配使用，如TI 超低功耗 MSP430™ 微控制器（MCU）系列、 SimpleLink™ CC2642R MCU、TLV8802纳米级运算放大器及 TMP1075低功耗温度传感器等，工程师们可进一步优化系统中的电池寿命和性能。