新冠疫情的爆發(fā)使得人們對電子產(chǎn)品需求量巨增，從而對電池的使用壽命要求也越來越高。用電產(chǎn)品從智能手表到智能門鈴再到汽車和工廠中的傳感器，電池已經(jīng)無所不在。如何延長電池的使用壽命顯得尤為重要。日前TI公司宣布推出一項創(chuàng)新技術，采用降壓/升壓轉換器與超級電容相搭配的方案，從芯片角度解決了電池超低功耗問題。采用新的方案，工程師可將低功耗工業(yè)應用中的電池壽命延長多達20% ，從而降低系統(tǒng)成本。

低靜態(tài)電流延長電池壽命

以智能手表為例，我們都知道其大部分的時間處于待機狀態(tài)，但即使在待機模式下，電池的壽命也會受損耗。另外，手表從出廠到消費者手中這段時間被稱為貨架期，然而在貨架期內(nèi)電池同樣會有損耗。為此TI研發(fā)出創(chuàng)新的低靜態(tài)電流（低IQ）技術，其挑戰(zhàn)就是在不影響系統(tǒng)性能的情況下，延遲電池壽命和貨架期。據(jù)德州儀器（TI）升壓和升降壓產(chǎn)品線產(chǎn)品市場經(jīng)理鄒鵬介紹，當電路設計越來越復雜時，工程師需要考慮到所有電路的功耗，甚至不放過漏電流，想要在待機模式下實現(xiàn)高電池效率，就需要從電源解決方案入手，嚴格管理功率輸出，同時保持超低電流。

TI又是如何做到的呢？

那TI又是如何做到的呢？鄒鵬給出了答案。在電源管理方面，挑戰(zhàn)可能會是降低EMI、增加功率密度、降低噪聲或者是隔離技術，以及此文所提到的低功耗(低IQ)。對于電子產(chǎn)品來說MCU就是心臟，需要保持常開，即便是在待機模式下，也需要一個超低功耗常開型電源支持，TI工程師從以下三方面著力并研發(fā)出這項創(chuàng)新方案。一，持續(xù)改善工藝，TI在其強大的超低漏電工藝技術上持續(xù)開發(fā)新型的控制拓撲架構電路，從而延長電池的運行時間；二，快速響應時間。對于電源尤其是DC-DC，快速響應時間是很重要的一個指標，TI利用快速喚醒比較器和IQ反饋控制，可在不影響低功耗性能的情況下，實現(xiàn)快速動態(tài)響應；三，減小尺寸。電路所想要實現(xiàn)的功耗越低，所需要的電路就會越多，從而導致芯片的尺寸或者是面積相對變大。TI利用較新的工藝，比如，TI電阻器和電容器的面積衰減技術，助力于空間受限的應用，同時不影響整個靜態(tài)功耗。

TPS61094超級電容充放電一體化降壓升壓轉換器

超級電容大家都不陌生，在智能電表、智能煤氣表、智能水表上都比較常用，不僅可以當作備用電源還可以緩沖大電流。當超級電容以備用電源身份出現(xiàn)時，必須具備超低功耗，因為在主電源沒電的情況下，超級電容需要維持系統(tǒng)持續(xù)工作。否則設計者就不得不選擇更大的超級電容的容量來彌補系統(tǒng)功耗的不足，從而增加系統(tǒng)成本。但超級電容的好處是它放電能力強，且價格相對鋰電池便宜。

TI 將超級電容充放電管理電路與超低的IQ功耗相結合，TPS61094是這項技術的產(chǎn)物，非常適用于智能儀表、智能電表、煤氣表、水表，來支持較大的峰值負載，且可作為備用電源使用。

TPS61094有三大優(yōu)勢：

一、將電池壽命延長高達 20%，在必須由一次性電池供電的應用中，借助 60nA的低 IQ，可實現(xiàn) 10 年或以上的壽命。鄒鵬進一步解釋說，通常方案采用一次性的鋰亞硫酰氯電池加上HLC電池電容器并聯(lián)。這是因為鋰亞硫酰氯電池輸出能力較弱，5mA甚至以下，如果用戶將輸出電容變?yōu)?0mA或者到20mA也不是不可以，但此時其壽命就會縮短。那如果系統(tǒng)需要更大的電流怎么辦？僅憑電池本身已無法滿足了，這樣以往就會采用在設計時加一個HLC（電池電容器）器件作為一個緩沖。其工作原理是鋰亞硫酰氯先對HLC（電池電容器）進行充電，需要放電的時候由HLC再給系統(tǒng)進行放電。另一個問題又出現(xiàn)了，如果當系統(tǒng)需要大負載的時候，尤其是北方低溫環(huán)境下，如NB-IoT通訊模塊需要抽取瞬間250mA的負載能力，HLC也無法供應了，此時便會從電池來獲取電流，這一樣來會導致電池壽命變短。TPS61094的推出輕松解決以上問題。TPS61094搭載一個相對單價較低的超級電容進行替代，不但系統(tǒng)成本降低了。同時，因為超級電容的放電能力比HLC要強，無需從電池取電，這樣一來電池壽命可以延長20%。

二、與同類競爭的升壓轉換器相比，升壓運行中 2A 的電感峰值電流可將輸出電流翻倍。以流行的NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)模塊為例，其峰值電流可能會瞬間高達500mA，這種場景需要電源提供一個很高的負載峰值電流。TPS61094輸入的峰值電流可高達2A，可以很好的滿足這種場景的需求。

三、與以往分立方案相比，工程師可將元件數(shù)量減少多達 50% 并釋放布板空間。TPS61094在單個芯片中集成降壓充電器和升壓轉換器，省去分立式降壓充電器、電感器和兩個外部電容器。

LMR43620和LMR43620-Q1汽車級降壓轉換器

LMR43620和LMR43620-Q1，前者為商業(yè)級，后者為汽車級別。這兩款芯片非常適用于常開型電源低功耗應用。例如有些車載設備在汽車不啟動的時候處于待機狀態(tài)，但DC-DC需一直開啟。值得一提的是LMR43620 系列是業(yè)界非常先進的寬輸入電壓降壓轉換器，目前為業(yè)界第一款。其在150攝氏度Tjmax的時候， IQ仍然可以小于3個μA，采用2×2的低電磁干擾的HotRod&(T詻奆B抔 筥?馴\a?g逕賬??c︺M藪躄弶N髕簐hq食?)?5=黈?le醹d:V紿^蒔{?!曗妠0?@a9y?敯?ㄨK疃浌?頞訒墣^)?琱逺?v鏢Kr紺0ジF脾孷:go?G鄰?.hど埴_镻?09暌}?S?XPO8482; WSON封裝，同時具有內(nèi)部補償功能。

另外一款LMR43620-Q1，可利用展頻技術、可配置的強制 PWM 模式和頻率外同步功能，實現(xiàn)低 EMI。并且適用于負載很寬的范圍，轉換器在 1mA時仍然可實現(xiàn) >85% 的效率。其實對于一款DC-DC產(chǎn)品來說，在重載的情況下實現(xiàn)高效率也并不難，但具挑戰(zhàn)性的是在整個范圍內(nèi)都可實現(xiàn)很高的效率。比如，在1mA到2A之間，大部分DC-DC轉換器可能在1A或2A的時候效率可達85%-90%，但從區(qū)間來看，在1mA時，效率可能只有50%，甚至于40%、30%。LMR43620系列是一個超低功耗的產(chǎn)品，在1mA的時候仍然可以實現(xiàn)高達85%的效率。

LM74720-Q1理想二極管系列產(chǎn)品

LM74720-Q1為低 IQ 汽車級理想二極管產(chǎn)品，適用于有超低功耗要求的常開型系統(tǒng)設計；其開通時間短和快速關斷性能可實現(xiàn)反向電池保護；LM74720-Q1提供更小尺寸解決方案，且不降低系統(tǒng)整體保護水平。

智能汽車猶如一個移動的辦公室。車載智能座艙、車載儀表、USB Type-C等功能越來越復雜，更多的智能產(chǎn)品需要連接到車內(nèi)，但典型的車載只有一個12伏電池，電子器件越多電能消耗就越大，降低功耗就尤為重要。這種情況很多負載都需要做電流反向保護。傳統(tǒng)做法是用戶在電路輸入級上加一個標準的二極管，再或者有的用戶采用P-FET，這兩種方案的弊端是要么效率低、要么成本高。為此TI 研發(fā)了LM74720理想二極管系列產(chǎn)品。

LM74720-Q1 提供業(yè)界先進的滿足35μA最大值IQ指標的產(chǎn)品，可以幫助設計人員滿足汽車應用更高效、有限功耗預算的要求；LM74722-Q1，是率先面市的200KHz有源整流，可實現(xiàn)快速關斷的產(chǎn)品，從而確保超高級別的系統(tǒng)保護；另一款LM74721-Q1，具有集成VDS鉗位的3伏到65伏寬輸入電源電壓，可為12伏和24伏汽車類電池供電的電源控制單元，提供更小的設備解決方案。

德州儀器 （TI）升壓和升降壓產(chǎn)品線總經(jīng)理嚴紅輝表示，通過使用TI最新方案可幫助用戶來設計超低功耗的電源。此外TI還可提供全面的設計工具和培訓文檔、白皮書、培訓視頻等。