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如何让一次性电池供电应用实现10年以上寿命？选择一颗更低静态电流（ I_Q）的降压/升压转换器原创

时间：2021-11-10 14:32:40

关键字： TI 静态电流

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[导读]实现低IQ的诸多因素会相互牵制。首先要实现低IQ，那么电路会变得更为复杂；特别是对于DC/DC器件而言，快速响应时间是很重要的指标，相应的速度与功耗的消耗成正比，这个时候就需要更多的电路去弥补功耗反馈。电路复杂、器件变多，漏电流就会增多，而且复杂的电路又会与更小外形尺寸的设计目标相背。要在待机模式下实现高电池效率，需要电源管理电路实现严格的功率输出管理同时保持低功耗。

针对一次性电池电池供电的应用（例如智能电表等），由于其特殊的安装和工作环境的要求，通常需要其具备超长的电池寿命。随着无线连接成为必要需求时，这些应用中还要支持足够高的瞬态峰值电流来支持无线数据传输功能（例如NB-IoT）。在这种设计目标驱使下的电路方案，通常会采用超级电容+电池+MCU+传感器+无线的方案，但最为关键的设计点是将这些部分连起来一个充放电的供电管理方案，做到在保证性能的同时，尽可能低的IQ来延长电池寿命。TI新推出的TPS61094这一颗降压升压转换器芯片就可以实现整个方案在这个方向的优化。

实现低IQ的难点：多重因素牵制

据德州仪器升压和升降压产品线产品市场经理邹鹏分享，实现低IQ的诸多因素会相互牵制。首先要实现低IQ，那么电路会变得更为复杂；特别是对于DC/DC器件而言，快速响应时间是很重要的指标，相应的速度与功耗的消耗成正比，这个时候就需要更多的电路去弥补功耗反馈。电路复杂、器件变多，漏电流就会增多，而且复杂的电路又会与更小外形尺寸的设计目标相背。要在待机模式下实现高电池效率，需要电源管理电路实现严格的功率输出管理同时保持低功耗。

如何让一次性电池供电应用实现10年以上寿命？选择一颗更低静态电流（ I<sub>Q</sub>）的降压/升压转换器

在低IQ的电源器件方向上，TI出于行业领先的地位。以之前发布的明星产品TPS63900是业界首款能做到75nA静态电流的Buck-Boost，同类型的竞品功耗基本都在1000nA以上。在低IQ的实现上，TI有领先于行业的两方面的技术壁垒。一是其优化的工艺，比如通过工艺优化减少单位面积上电阻、电容甚至Fets的面积；另一方面是其创新的拓扑结构，比如一些快速的过零检测、低功耗的比较器检测技术等等。这里面涉及到非常多的创新的技术点，TI并未进行过多深入的分享。但正是基于这两方面的技术优势，TI将其可以灵活地将其运用到各种不同的电源器件中。也正是基于这两方面的优势，TI近期推出了TPS61094降压**/**升压转换、LMR43620和LMR43620-Q1降压转换器、LM74720-Q1理想二极管系列产品，这三个新的低IQ电源器件。接下来我们重点为大家分享TPS61094。

低功耗工业应用中的电池寿命延长多达20%

TPS61094是一个典型的Buck-Boost器件，60nA的超低静态电流(IQ)仅为同类竞品升三分之一，将超级电容的充放电管理电路与业内超低的IQ功耗相结合，是TPS61094的主要特点，这一电路设计方案可以很好的支持低功耗电池供电工业应用的成本、性能和功耗优化。以下图的智能电表这一应用案例来看，传统的方案是混合层电容器 (HLC) 方案，而采用TPS61094搭配超级电容的优化方案使其电池寿命延长多达20%，成本降低60%，运行时间提高2%。具体可以参考应用手册。

此外，TPS61094还具备其它竞品两倍的2A电感峰值电流，支持瞬态的无线通信功能（例如NB-IoT的峰值电流高达500mA）。TPS61094内部超级电容的管理电路的内部集成，相比分离方案带来了50%的整体方案元器件数量减少，从而帮助客户降低了整体方案面积。

如何让一次性电池供电应用实现10年以上寿命？选择一颗更低静态电流（ I<sub>Q</sub>）的降压/升压转换器

为汽车级电源芯片实现更低IQ表现

除了TPSTPS61094之外，TI在此次发布会上还推出了LMR43620（商业级）和LM43620-Q1（汽车级），这是一款宽输入电压降压转换器；还有一款是汽车级理想二极管LM74720-Q1；这两款产品也同样在低IQ上有着更好的表现。

LMR43620-Q1可以满足常开型汽车类应用的低功耗的需求，一个典型的案例是长久不开的车，要保证足够低的静态电流，使某些车载设备的待机功耗足够低，从而避免电瓶没电打不着火的状况发生。这款芯片支持2A的最大电流输入，降压转换器，在150ºC Tjmax下IQ<3μA。同时该芯片还利用利用展频技术、可配置的强制PWM 模式和频率外同步功能，可实现低EMI。该器件适用于负载很宽的范围，转换器在1mA时仍然可实现>85%的效率。

LM74720-Q1是用于汽车级应用的具备低IQ表现的理想二极管系列产品，据邹鹏分享，目前的汽车的功能越来越复杂，比如智能车载矩阵大灯、车载智能座舱、车载仪表、USB Type-C充电或者是智能车载遥控器等等。但是典型的车载只有一个12V电池，越来越多的智能器件连接上去之后电能消耗就越来越大，所以降低功耗就越来越重要，这时候很多负载都需要做电流反向保护。传统上的做法是用户在电路输入级上加上一个标准的二极管，或者有的用户用P-FET去做，但是这两种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决这一问题。当前TI提供了三种不同的型号，各自具备领先的技术优势：LM74720-Q1的优势是提供了业内先进的35µA IQ（最大值），LM74722-Q1是率先面市的200KHz有源整流可实现快速开/关，确保提供超高级别的系统保护。LM74721-Q1具有集成VDS钳位的3V至65V宽输入电源电压可为12V 和24V 汽车类电池供电的电子控制单元提供更小尺寸的解决方案。

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低IQ是电源系统设计的重要追求目标之一，但其实现的方式包含了诸多的工艺和拓扑的技术细节，而且还要进行多种不同因素的平衡，所以追求低IQ的设计有较大的操作空间并不容易。虽然每条电源芯片产品线的设计理念都是比较独立的，但对于TI而言，可以利用较大的平台优势，实现一些低IQ的IP的复用、低IQ工艺的复用，这是其独特不可复制的技术优势。