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德州仪器:自耗电水平是检验iot时代电源管理ic的最好标准

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随着技术的发展,人们已经迈入lot时代,自耗电水平也成为评价电源管理器件最重要的标准之一,所谓自耗电水平其实就是静态电流的大小。近日,德州仪器发布了多款产品,可以帮助人们理解这一现象。

近日国内厂商大动作不断,从华为发布的“ai训练集群atlas
900”,再到阿里巴巴旗下平头哥发布的 “含光800”及
“soc芯片设计平台‘无剑’”,无疑都指向aiot和自动驾驶等领域。然而仅仅拥有夯实的神经网络芯片基础是远远不够的,电源这一方面是更容易被忽略的……

德州仪器发布的一款静态电流为25na的ldo,和前代1μa相比产品能耗降低了40倍,而且反应十分迅速,可以在5
μs内响应1到50ma的负载瞬态,和行业内其他同类型产品相比响应时间缩短了一半。对此,ti产品线经历王世斌称,在无限lot或者便携式医疗装置等没有噪音和电流的情况下,tps7a02能够快速对周围发生变化的负载做出响应,而且还能够提供更小的输出电压变化。

现如今无论是家用产品还是工业产品,都逐渐靠向无线、便携方面发展,然而这种设备的电池是需要频繁充电的,并且使用寿命也非常有限,繁琐的充电与电池更换一方面使得维护变得愈发困难,另一方面也相对增大了维护成本和更换成本。

值得一提的是,不需要任何外部电路或者是零组件的加持,tps7a02就可以自动调借模式,从iq节能模式、低负载装调调整为高负载、快递瞬态。工程师们也可以通过该设备将解决方案的尺寸缩小70%,同时在空间受限的应用中增加更多功能,使用更小的电路板来降低成本。

值得一提的是,尤其是工业环境下,许多产品都是静态监控状态,每隔数分钟甚至是数小时才采集监测一次数据,所以理想的状态就是使得相同的电池产品能够获得加倍的待机时长、减少充电次数,甚至是能够达到完全不需要更换电池的程度。

ti发布的第2款产品是功率抄底的开关稳压器tps62840,工作静态电流为60
na,仅仅是业内同类型产品的三分之一,并且该稳压器可以在1a负载的情况下提供高达80%的轻载效率。而且与众不同的是,该稳压器拥有停止模式,当用户想要采集敏感数据时只需将开关电源停下来,届时外挂电容能够提供短时间的电压。

那么如何才能达到如此的状态?这就不得不提到静态电流。2019年9月18日,德州仪器于北京召开了题为“超低静态电流(iq)的电源管理——解决当今及未来的设计挑战:
有效延长电池和系统寿命”的发布研讨会,会上德州仪器电池管理系统产品线经理王世斌向记者展示了其在超低静态电流的四款产品,21ic中国电子网记者受邀参加此次研讨会。

不仅如此,该稳压器电压范围十分广泛,达到1.8 -6.5
vin,能够接受多种不同的化学电池和配置,满足不同的场景需求。

图1:德州仪器电池管理系统产品线经理王世斌

此外,ti还带来一款电压稳控器tps3840,不过大部分时间内该监控器都是不工作的,并且耗电也比较低,其可以在10v的电压下进行操作,而且还能在外部添加两个分压,实现20v的耐压。值得关注的是,该监控器有350na的自耗电,在大部分场景下能耗比较低,并且精度可以达到1pa,换言之就是监控4v的系统,1pa就是4mv。该产品可以用在电网或者是终端销售机等方面,在出现异常情况后可以及时进行复位。

低iq带来的想象力是无穷的

总而言之,为了提供一些低静态电流的产品,最近几年ti在电路和工艺设计上做出很大的改进,付出了很多的努力,带来了很多产品解决了很多困难,相信未来ti还会继续深入研发,打造更强的产品。

所谓静态电流即是负载电流之外部分的电流和电源芯片自身消耗的电流,而除去静态电流的系统就称之为最小系统。为顺应电子设备微型化的趋势,就需要更长的电池使用寿命。为满足该需求,就需要更低的静态电流
(iq)。

王世斌表示,低iq在延长电池寿命与储存时间、实现更多功能、延长系统使用寿命以及降低系统成本方面发挥着关键作用。

王世斌现场为记者介绍,一方面,使用电池运行的电源系统需要低待机功耗以延长电池寿命,并提供更好的用户体验;另一方面,非携带式电子设备需要更精确的产品服务结束周期侦测
(end-ofservice
detection)和更大的待机电源效率,正因如此所以驱动着低iq的需求。

通过静态电流的降低,待机时间将更长,充电次数也随之减少,这可以为整个产品带来更少的人力成本、系统整体成本和维修成本。另外,值得一提的是在静态电流做到足够小的情况,工程可以拥有更多的发挥空间,诸如将多次充电的电池更换为一次性电池,既让静态电流更下降了一步,甚至可以在产品更新换代前完全无需更换电池。

“德州仪器一直致力于电池方面的发展,同时也处在业界的领先地位”,王世斌表示,ti电源组中可以分为六种不同类型的相关产品,其中四个方面则与本次讨论的iq有关。

图2:ti电源的6种不同类型产品和4个静态电流相关产品

“电池使用时长和寿命是有限的,一般来说锂电池可充电500次并需要一星期甚至一天充一次电,而通过ti的低iq系列产品芯片,可以让充电时间延长至两天甚至是两星期”,王世斌如是说。

tps7a02:适用于瞬态场景的线性稳压器

这款于9月18日发布的线性稳压器ldo,作为业界比较领先的ldo,静态电流低至25na,比前一代耗能降低大约40倍。新型稳压器在压降的条件下
也能在轻负载时实现超低 iq 控制。

图3:ti线性稳压器产品历史

另外,该款ldo更具诱惑的优势则是拥有着超小的体积,dsbga封装尺寸只有0.65mm×0.65mm,可帮助工程师将解决方案尺寸缩小70%。对于1至50
ma 的负载瞬态,能够在5 us以内响应,仅为竞品器件瞬态响应时间的一半。

王世斌现场介绍时表示,如今tps7a02将静态电流做到了25na,而这并不意味着结束,根据市场的不断变化和需求,未来该系列产品的静态电流也将越做越小。

图4:tps7a02 ldo的优点

此款芯片在应用上也非常广泛,诸如电网基础设施中由于电表中多为一次性电池,而且体积普遍较小,一般拥有一定寿命周期,由于功耗太高相隔一段时间就需要更换,应用这款芯片甚至可以让电池耗电比ldo更高,在生命周期内无需更换电池,既节省了人力也节省了成本。

另外在家居或自动化场景下,例如监控摄像系统,一般处于待机状态,只有在检测到移动时才会录像,这种场景下对于自身的静态电流的要求则更大,所以此款芯片也可以大大增强了电池寿命,减少成本。

当然在医疗方面和可穿戴设备上,同样如此,静态电流对于整体电池的影响是非常大的,正因tps7a02兼具25na的超低
iq和快速瞬时回应,有助于提高系统寿命及性能,所以此款产品的应用是非常广泛的。

tps62840:可满足始终开启的应用的需求

这款于7月15日发布的开关稳压器,静态电流大约为60na,比前一代耗能降低大约6倍,并且尺寸从2mm
x 3mm降低至1.5mm x
2mm。可能会有人疑问,既然tps7a02仅有25na为何还要应用60na的tps62840,究其根本来说,该款产品对于长时间处于开启的动态设备来说,会具有更好的性能,tps7a02则更适用于瞬态场景。