低 IQ 技術無需犧牲系統性能即可延長電池續航力的 3 種方式

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德州儀器新聞稿發表於 2024年3月13日

圖、低 IQ 技術無需犧牲系統性能即可延長電池續航力的 3 種方式

隨著全球採用電池供電的情況高於以往，對更佳且更平價電池和電池組的需求也同樣在飆升。雖然電池製造商紛紛採用新的化學物質與更小的電池組，因此對功率需求帶來了全新且複雜的限制，不過基礎功能依然不變：現今電池必須具備最長的運作時間與更長的保存壽命，且無需犧牲系統性能。

低待機功率、快速回應時間、外型尺寸小巧
進一步了解德州儀器的低 I_Q 技術。
若要降低功耗，優先要務是將靜態電流 (I_Q) 降至最低，如此還可延長電池續航力。裝置的 I_Q 就是在待機模式或輕負載運作時從電池汲取的電流，亦即消耗的功率。I_Q 會對裝置效率帶來極大影響，而在電池供電應用中，若想在無負載或輕負載條件下實現高效率，電源管理解決方案必須對輸出進行嚴格調節，同時需維持超低供應電流。

現今許多設計要求 I_Q 只達僅僅數奈安培，而此功能對許多需要長時間待機運作的應用來說均十分重要，從電動車 (EV) 到電動工具、耳機麥克風、耳罩式耳機與耳塞式耳機，都包含在內。由於這些系統類型有超過 99% 的時間都處於待機模式，因此在待機或睡眠模式下的 I_Q 便成為限制電池續航力的主要因素。
將電源管理基礎元件最佳化，例如 DC/DC 轉換器、低壓降穩壓器 (LDO)、電源開關、電壓參考與監控器和電源管理裝置等，有助於降低功耗並延長電池續航力。
以下是德州儀器的低 I_Q 技術無需犧牲性能即可延長電池續航力和保存壽命的三大方式。

實現常開低電源
超低洩漏處理技術和創新控制拓撲，可延長電池運作時間。在系統進入待機模式時實現超低 I_Q，即可延長電池運作時間。
在圖 2 中，TPS37-Q1 監控器可針對 EV 電池監控，達到一般的 1 µA I_Q，同時一樣可支援高達 65-V 的供應電壓，無需犧牲空間或回應時間。

圖 2：利用 TPS37-Q1 進行直接 12-V/48-V 無電池電壓監控

如 BQ25155 在運送模式下具備 10 nA I_Q，這類電池充電器積體電路 (IC) 有助於確保即使閒置在貨架上數月或數年，電池電量也不會耗盡。而如 TPS7A02 可提供 25 nA 超低 I_Q，且在運作模式下的 I_Q 為 3 nA，這類低功耗穩壓器則可協助在一般與壓降運作下，大幅延長電池續航力。

實現快速回應時間
快速喚醒比較器和零 I_Q 回饋控制可實現快速動態回應，且無需犧牲低功耗。可在偵測到發生錯誤時，瞬間將比較器加速的智慧型偏壓機制，無需額外增加 I_Q，即可提升速度。例如在圖 3 中，相較於先前數代產品，TPS62843 降壓切換穩壓器 (一般 I_Q 為 275-nA) 所展現的回應時間 × I_Q/I_LOAD 即改善了超過三倍。此外，TPS37-Q1 具備業界數一數二快的回應與偵測時間 ( 一般為 8 µs)，比業界的替代方案至少快 2 到 10 倍。

圖 3：TPS62843 負載瞬態，在 1.2 V_OUT、I_{OUT_MIN} = 0 A 至 I_{OUT_MAX}= 300 mA 下

縮小外型尺寸
電阻器和電容器面積縮減技術有助於整合至空間受限的應用中，並且不會對低靜態功耗造成影響。新一代奈米功率裝置可減少對大多數外部上拉與下拉電阻器以及電阻分壓器網路的需求，並且可提供大幅縮小的尺寸，例如 TPS7A02 即提供 640-µm x 64-µm 晶片級封裝尺寸。

另一個可節省主機板空間的方式，則是在單一晶粒中整合更多功能。這樣的整合可讓監控器、參考系統、低壓降穩壓器、電池充電器與 DC/DC 轉換器等元件共用基礎元件，並可減少綜合 I_Q。BQ25125 為電池充電器管理 IC，提供 2.5-mm x 2.5-mm 晶圓晶片級封裝，其透過 I²C 整合且靈活控制多個 I_Q 功能，讓設計人員可將整個電源管理系統引進多種低功耗應用中。

結論
隨著電池供電應用愈發普遍，面對在無需犧牲系統性能下實現低 I_Q 的漸增需求，可能令人生畏。但情況無需如此。TI 的超低 I_Q 技術產品組合可協助您在無需於性能與成本間做取捨的情況下，實現超低功耗，進而在後續的電池供電設計中，達到最長的電池運作時間，並延長保存時間。（1342字；圖３）

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