次数，居家摄像头、资产跟踪等物联网产品自耗电越来越低……。近日，德州仪器（TI）系统产品线经理王世斌先生来京，带来了四种超低静态电流（IQ）芯片，并介绍了其应用与相关技术。

　　首先，IoT的发展促进了电池小型化的需求，当这些产品小型化的时候，如何让电池做得更小甚至无需电池，就变得至关重要。对于自耗电，静态电流只有更小，没有最小。

　　其次，电池的使用寿命是有限的，一个锂电池一般是500次充放电。如果把静态电流做得更小的话，可使待机时间增倍，从而减少充电次数，从而延长电池的使用寿命。

　　再有，很多时间互联网产品大部分处于静态/不工作/监控状况下，所以功耗大都来自静态，如果静态电流做得更小，便可以把充电的次数降低，延长电池的寿命。

　　可见，如果能把静态电流做低，可以从多次性的充电电池换成较为便宜的一次性电池，或者减少充电周期。

　　TI电池组里分类很细，有6大类产品（如下图）。第一类是降压型DC/DC产品，就是开关电源产品，即LDO；还有升压型的开关芯片，也包括多通道/相位或者升降压的芯片；另外一种是比较简单的线性电源芯片；因为做电源很多时候需要接触到电源的开关，因此也会有电源开关、接口于照明的产品，如LED 灯；还有相对高压的产品，例如TI于2018年发布的AC/DC GaN（氮化镓）产品；最后是电池管理产品。

　　此次TI带来的4款新品主要是TPS7A02线性稳压器，另外三款是充电芯片BQ25619，降压型稳压器TPS62840，还有TPS3840。这四款产品都具备自耗电比较低的共通特性，与前代相比降低了数倍。

　　为何电池充电组有TPS和BQ系列之分？实际上大部分TPS和DC/DC电源相关，BQ与电池相关。

　　2019年9月18日，TI刚刚出炉这款超小型、低压降线性稳压器（LDO），亮点是静态电流约25 nA，比前一代降低了约40倍（如下图），这意味着待机时间延长了40倍！

　　低静态电流只是此款LDO关键的一部分而已，一款优秀的LDO还需要具备多种功能，最主要的功能是稳压，此款LDO对瞬态电流响应较快，对应50 mA的负载，它在5 μs就可以响应过来。响应速度非常关键，如果一个LDO响应不快，一个负载来了以后，系统可能就垮掉了，于是也起不到线性稳压器的作用。

　　新的TPS7A02另一个优势是体积小，只有0.65 mm×0.65 mm的封装，比前代小了70%。这意味着可以适应各种场景去应用，尤其是可用于微型中。

　　●电网基础设施。例如电表。因为一般电表里采用一次性电池，不过，需要派人定期去更换电池。有了这种静态电流LDO，基本上在电表寿命周期里无需更换电池了。

　　●楼宇自动化。例如摄像头也同样适用。在人少的地方，摄像头大部分时间处于休眠状况，只有人走过时才会启动摄像，所以自耗电对其非常重要的，可能比工作耗电占的比例更大。

　　●医疗。一些传统医疗设备有电池充电的产品。这些医疗设备有很精准的ADC或信号链产品，因而耗电较高，所以电池通常较大。不过，一般家庭并不会每天用到这些设备，所以很多时候设备处于待机状态。静态电流低便可减少充电的次数，达到更长的待机时间。

　　上一节的LDO静态电流是25 nA，而本节的开关稳压器TPS62840为何是65 nA？关键在于工作时间长短。众所周知，开关电源的效率较高，在这种场景下，客户需要权衡设备在静态和动态的时候分别有多少时间？在动态多的场景，用开关DC/DC是比较好的，在静态多的时候用LDO较好。

　　在动态时间比静态时间长的场合，开关DC/DC在静态时还是能得到65 nA的静态电流，也是令人满意的。

　　从实现原理分析，与前代产品相比（360 nA，如下图），新的TPS62840是65 nA，这是非常难达到的，需要在开关键里不断更新上关与下关，所以静态电流会比LDO高，但是比前代静态电流已经低了6倍。而且封装更小了，从以前6 mm2缩小到3 mm2。从DC/DC来说，效率也非常重要，该芯片能做到在1 µA负载下提供80%的超高轻负载效率，已经非常难得了。如果在更高负载的情况下，例如300 mA时能做到超过90%甚至95%。

　　另外一个特色是在芯片里，一般开关电源都会遇到开关时噪音很大的问题，这会对ADC的数据采集造成影响。因此TI做了2个模式，一个是停止模式，即当要采集特别敏感数据的时候，可以把开关电源稍微停下来，用外挂电容为系统提供短时电压。当然时间是非常短暂的，因为是靠外挂的电容，但是是非常静态的，噪音等级与LDO已非常接近。

　　再有，新的TPS62840适合的电压也是比较广的，最高能达到6.5 V。因为在此设计里已经考虑到多种化学电池的使用场景，对各种电池电压都能适应，例如有些是锂电池4.2~4.5 V，一次性电池有些是AA电池为1.2 V，用三四节，因此四点几伏、5 V、6 V都有可能用到。

　　场景应用方面，包括前述的电网设备。电网设备有时可能传输数据比较频繁，工作时间较长，这时需要用到开关电源；如果在瞬时状态较多的场景，可以选刚才上一节介绍的LDO稳压器。

　　在楼宇自动化场景，典型的应用是IP摄像机也可能用到DC/DC，用来对影像进行处理。电流负载较大的场景会提供较高效率的DC/DC。

　　消费类的产品的待机时间也非常重要，大家都不喜欢一个耳机今天充完电，几个星期以后拿出来电已耗尽。因此在消费类产品中，低功耗也是非常流行的。

　　TI也为此款DC/DC做了参考设计，特别是对锂二氧化锰电池做了优化。TI在设计芯片时对各种电池，尤其是有目标电池进行了目标性的应用，如果客户需要的话，可以到官网上拿到参考设计。

　　通常在大部分时间不工作，需要它工作的次数可能很少，因为它是复位的芯片，在系统异常的时候才会发出复位的信号。由于这类产品99.99%的时间处于睡眠状态，因此也需要非常低的自耗电。不过在监控过程中，里面配置的比较器或参考电压会对过压和低压做保护，会对系统做复位，这也解释了为什么这种自耗电是系统必备的。

　　该芯片的主要特性是它可以在10 V操作，外部加2个分压可以做到20 V的耐压，是350 nA的自耗电（注：所以它在大部分场景耗电是非常低的），而且精度高，能做到1%，例如监控4 V的系统，1%就是4 mV，是非常高精度的。

　　在一些特别场景中，客户有时会用多个监控芯片。因为该监控芯片可以做启动的作用，特别是开关持续启动，例如可以用这个芯片去监控电源，当电源达到一定电压时，会对LDO做复位或者Enable。

　　在应用上，可以对电网做监控。而且在电网里是需要很多监控芯片，如果能把每个监控芯片的静态电流都降低，省电量是非常可观的。

　　特别地是EPOS（电子销售终端）。EPOS为什么要用复位芯片？在刷卡或刷二维码时，EPOS会与中央系统进行通讯，认证终端客户的身份。如果系统在中间出现异常，交易便会取消。因此复位芯片是非常重要的，因为它可以监控系统异常，进行复位，取消相关交易，使金融交易在比较稳定的环境里进行。

　　但是有些设备一定要充电，因此需要高效、高精度的充电器。为此，TI推出了BQ25619，堪称业界极低截止电流的开关充电器。

　　业界的一个趋势是电池的容量越来越大，例如以前一般手机是2 A的电池，现在已经涨到3 A；自2018年以来出现了一个反转，即在同样待机时间里，把电池做得更小、更便宜。小电池又产生另外一个问题——截止电流，例如以前1 A电池的截止电流是10%，即做100 mA就够了；现在如果把电池做得很小，做到200 mA，截止电流也要非常小，否则如果还是100 mA，电池就充不饱了。

　　为此，TI祭出了低截止电流产品BQ25619，截止电流只有20 mA。这时再充一块200 mA的电池，充到10%的截止电流即20 mA，这样电池还是充到一样的饱，延长了小电池的充电周期。此外，据TI估算，对一个电池充到20 mA时，可增加7%的电池电量，这样可以多出7%的使用时间。

　　不仅如此，新一代的BQ25619充电器带三合一功能。不仅充电；而且在充电过程中，还可以对电池进行过压过流的保护；第三，业界很多TWS耳机有电池对电池充电的功能，这个电池放在小盒子里，对外部的耳机做充电，因此，该芯片还带升压功能，把电池例如从3.8 V升到5 V，来对耳机充电，好处是本来你可能要一个充电IC+升压IC，当把它们集成在一起后，可以共用一个电感，节省了PCB（印制板）空间和成本。

　　在小型产品的应用场景里，由于电池极小，因此自耗电至关重要。以前的电子产品上常有胶贴，把电池与系统隔离开，当拆包使用时，再把这个胶贴拿走。但是如果做到电子系统的自耗电低，就可以做成电子胶贴。TI新的BQ25619已经做到6 mA级，可以延长待机时间，可使设备经历数月的长途运输和线下储存，终端客户拿到产品以后，只要按一个按钮就可以启动。

　　BQ25619是开关电源的充电器。实际上，TI也有相对应的线性充电器产品。这些充电器适合更小的电池，例如耳机的电池，也同样适合长途运输模式，可以达到更低的400 nA。因为它是线性的，而且对系统做了一些整合，带了整合的LDO与ADC做数据采样，因此对资产追踪是非常适合的，因为可以用ADC采集温度，用LDO为MCU供电。

　　例如LDO，TI采用了最先进的工艺对静态电流进行优化。另外在电路上进行创新，在LDO里重点有两方面，一是怎样把参考电压做得更准更低。二是一般有个回路，是放大器，这个放大器在工作条件下怎么做到非常低，同时还要确保响应时间非常快，不然瞬态电流会不好。

　　所以在电路设计方面有两个方面，基础的电路做得好是首要的；其次，个别产品有个别电路需要做得更低，需要一个个模块细化去分析哪个模块耗电较高，为每个模块做一个优化。

　　王世斌：高压的技术相对来说是不一样的，高压也是需要AC/DC，因为它在墙上，它可能关注的不是静态电。