靜態(tài)電流 (IQ) 通常定義為集成電路 (IC) 在空載和非開(kāi)關(guān)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)電流的內涵。
對于電池供電的應用來(lái)說(shuō)，這種輸入電流由電池提供，因而決定了電池工作多長(cháng)時(shí)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(cháng)時(shí)間處于待機或休眠模式的電池供電應用，其電池運行時(shí)間可能因靜態(tài)電流的影響產(chǎn)生數年之差。例如，使用 60nA的TPS62840等超低靜態(tài)電流升壓轉換器為常開(kāi)型應用（如圖1中的智能電表）供電，其電池運行時(shí)間可達 10 年。
圖 1：智能電表
靜態(tài)電流也會(huì )影響我們日常設備中的電池的運行時(shí)間。比如，您在買(mǎi)到智能手表之后，會(huì )在使用之前先充一小時(shí)電。又或者，您總是隨身攜帶家中的實(shí)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(chǎng)景也與靜態(tài)電流脫不開(kāi)干系。
圖 2：智能鎖應用
在本文中，我將介紹直流/直流轉換器數據表中與靜態(tài)電流相關(guān)的三種常見(jiàn)規格——關(guān)斷電流、非開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流和開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流，并對這些規格如何影響系統功耗進(jìn)行說(shuō)明。
應對低功耗應用中的低靜態(tài)電流挑戰
閱讀白皮書(shū)“應對低功耗應用中的低靜態(tài)電流挑戰”，了解如何在提高性能的同時(shí)延長(cháng)電池使用壽命。
關(guān)斷電流
關(guān)斷電流是在 IC 關(guān)閉或禁用時(shí)進(jìn)行測量的。因此，您可能會(huì )認為非開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流應該一直為零。事實(shí)上，部分 IC 在該狀態(tài)下會(huì )出現泄漏電流，而其他 IC 實(shí)際上具有內部電路，即便在IC禁用的情況下，內部電路也會(huì )消耗少量電流以維持內務(wù)處理功能。
以擺放在商店貨架上的消費類(lèi)電子產(chǎn)品為例，您的智能手表之所以在購買(mǎi)之后無(wú)法立即工作，與其 IC的關(guān)斷電流規格有關(guān)，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(cháng)時(shí)間存放時(shí)（溫度可能會(huì )升高，導致電池電量更快耗盡），其中的器件（例如大部分直流/直流轉換器）是處于關(guān)斷狀態(tài)的。因此，盡管直流/直流轉換器處于禁用狀態(tài)，電池仍在緩慢放電。
圖 3：BQ21061 處于運輸節電模式時(shí)的電池放電電流
部分IC具有多種關(guān)斷狀態(tài)，比如 TI的BQ25120電池充電器的2nA運輸模式，或者 TPS61094 升壓轉換器的4nA旁路模式。在這些高級關(guān)斷狀態(tài)下，為了僅消耗極少量的靜態(tài)電流，通常會(huì )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(guān)斷）模式和靜態(tài)電流為200nA 的TPS61094 關(guān)斷模式相比，運輸節電模式和旁路模式可將電池運行時(shí)間分別延長(cháng) 350 倍和 50 倍。
非開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流
非開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流是 IC 已啟用、處于開(kāi)關(guān)脈沖之間且沒(méi)有負載時(shí)的電流。這一參數可通過(guò)量產(chǎn)自動(dòng)化測試設備輕松測得，因此可從大部分開(kāi)關(guān)直流/直流轉換器的數據表中找到。
雖然可以根據非開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流對不同的 IC 進(jìn)行同類(lèi)比較，但這種方式無(wú)法對電池運行時(shí)間進(jìn)行最準確的估算，原因有二：非開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流不同于消耗的電池電流，而且許多 IC 同時(shí)通過(guò)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(lái)自輸入端的電池，因而需要采取額外轉換或測量，以獲取輸入電源的等效靜態(tài)電流——不可將兩個(gè)靜態(tài)電流值簡(jiǎn)單相加來(lái)得出消耗的電池總電流。例如，TPS61099 升壓轉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 1.3µA 而非 1µA。
開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流
開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流有許多不同的名稱(chēng)：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(xiàn)性穩壓器 (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(shí)實(shí)際測得的輸入電流。由于開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流是在實(shí)際情況下而非量產(chǎn)線(xiàn)上所測得，因此IC偶爾會(huì )進(jìn)行切換以減少損耗并對輸出端的泄漏進(jìn)行補充。
該參數是對空載狀態(tài)下所消耗電池電流的最準確估算，可在許多數據表中找到，例如TPS62840的開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流為60nA，如圖 4 所示。
圖4：60nA靜態(tài)電流直流/直流轉換器
對于大部分時(shí)間都保持超低功耗狀態(tài)的應用來(lái)說(shuō)，使用低靜態(tài)電流直流/直流轉換器對于實(shí)現應用所需的電池運行時(shí)間至關(guān)重要。例如，智能鎖在大部分時(shí)間內處于超低功耗狀態(tài)，等待手機發(fā)送開(kāi)鎖碼。如果開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流過(guò)高，則大部分的電池電量都將消耗在等待中，而不是用于開(kāi)關(guān)鎖。
結語(yǔ)
本文簡(jiǎn)要介紹了數據表中靜態(tài)電流的常見(jiàn)規格及其對電池運行時(shí)間的影響。 |
