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电池寿命-不要忽视集成电路的典型规格

来源:analog 发布时间:2023-12-07

摘要: 典型的电源IC规格,如静态电流、关机电流、IC效率、降电压和接地引脚电流,在确定系统中的电池寿命时特别有用。

在优化电池寿命时,典型的IC(集成电路)规格比最小和最大规格更重要。

这篇文章的类似版本出现在2002年4月15日的地球杂志。

许多工程师不会考虑在电源设计中使用“典型”IC规格。然而,在试图优化电池寿命时,典型的配置实际上非常有用,有时甚至至关重要。通过保持对设计目标的清晰认识,并考虑如何设置数据表限制,典型的规范提供了有时在最小和最大限制中缺失的指导。

集成电路生产方法不断发展。长期的系统设计人员可能已经注意到,如今具有A、B和C等级的部件越来越少。大多数电力设备只有一个等级。随着晶圆直径的增长和晶体管尺寸的缩小,硅变得更加经济,但测试仍然相对昂贵。无情的价格压力迫使更集中的测试和不那么关键的参数被“设计”保证。好消息是,这并没有降低产品质量。恰恰相反,今天的集成电路制造流程产生的不合规格的部件比以前少得多,以前“拆箱”通常是松散工艺的拐杖。今天,在工作台典型性能和最小/最大规格之间有更大的安全边际。在大多数情况下,很难说这种利润不是一种利益。然而,在设计电池寿命时,保守的最小/最大IC限制可能会被误导。

电池寿命作为“典型”参数具有最大价值(医疗或其他关键用途除外)。诚然,消费产品的运营时间可以用乐观来形容。尽管如此,如果所引用的操作时间只是实际性能的一小部分,那么保证的限制就没有任何意义。把集成电路的最大工作电流加起来,产生的大多是无用的电池寿命数字。相反,典型参数提供更有效的结果,特别是来自典型操作曲线和图形的数据,以及来自规格表的典型规格。

典型的静态电流可以提供关于IC消耗多少功率的线索。例如,手机的电池寿命很大程度上取决于静态电流,因为手机处于待机状态的时间占很大比例。此外,典型的关机电流提供了当IC处于关机模式时所需功率的信息。

其他考虑因素包括工作模式下的IC效率。为了延长电池寿命,必须尽量减少功耗。效率越高,浪费的电能就越少。因此,开关稳压器的数据表包括效率曲线,以帮助设计人员延长电池寿命,特别是在便携式电池供电的应用中。开关稳压器是便携式应用的有吸引力的选择,因为电容器和电感用于存储能量和转换电压。然而,必须小心地在系统设计的IC效率曲线上找到最有效的“点”。

对于开关调节器,效率曲线见图1对设计师来说很重要。典型的工作效率可以帮助确定最佳的V(IN)、I(LOAD)和PWM或跳过模式,从而确保器件达到最佳效率并延长电池寿命。


图1所示。MAX17031降压控制器的典型工作效率曲线。

对于线性稳压器,压差电压表示有多少功率被耗散或浪费。在线性稳压器中,IOUT近似等于I(In)。功耗为:

V(DROPOUT) × I(OUT)≈耗散功率

接地引脚电流为图2在便携式电池供电的应用中也消耗电力。地引脚电流是不传递给负载的功率,因此功率被浪费了。选择最佳输入电压以实现最低地引脚电流也有助于延长电池寿命。


图2。MAX16999线性调节器的典型工作曲线。

最后一个重要步骤是了解系统在每个工作状态(即关闭、睡眠、运行等)下的功率配置文件,然后确定在每个状态下花费的时间。这是一个重要的练习,因为它揭示了大部分能量的流向,以及在哪里应用电源设计工作和BOM成本。如果您的产品大部分时间处于关闭状态,但仍然偏向低功耗电路,那么花在高能效上的钱可能会被浪费掉。相反,专注于低负载效率和低静态工作电流,以优化性能,其中大部分电池的能量被使用。相反,具有真正的硬件开/关开关的产品,断开电池,应该设计为典型工作负载电流的峰值效率,而不是峰值。当然,您仍然需要考虑最大负载,以确保电源可以在需要时提供峰值负载。典型的数字将是帮助在最需要效率的地方找到效率“最佳点”的最佳指南。

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