将超低功耗进行到底，TI一鼓作气更新四大产品线

作者:单祥茹  来源:中国电子商情

发布时间:2019-09-27

为了顺应电子设备微型化的趋势，设备的功耗以及电源系统必须有更好的表现，才能满足更小型、更智慧以及更多互联这一市场需求。尤其是那些需要电池供电的应用场景，能够保持10年以上不更换电池这样的超低功耗状态一直是设计人员不断追求的目标。就物联网（IoT）应用而言，很多时候设备处于不工作状态，低静态电流（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。

在2018年前十大模拟IC供应商排名中，凭借108亿美元的销售额和18％的市占率，德州仪器（TI）连续多年位居榜首，公司的模拟产品线更是丰富。仅以电源为例，就可以细分为六个不同产品线。在低功耗为主导的当今市场，TI选择从低静态电流入手，一鼓作气更新了这六条产品线中的四条，四款新产品均具有自耗电比较低的共通特性，对于IoT、可穿戴设备等功耗敏感型应用，可大幅延长系统电池的寿命，或者有效降低电池的充电时间。

超低IQ LDO线性稳压器：无需权衡取舍确保电子产品的电池长寿命
全新的LDO线性稳压器TPS7A02，是TI于今年9月18日推出的新品，其工作IQ可低至25 nA。此外，它还提供同类器件最优的瞬态响应，以实现更快的唤醒速度，缩短应用的响应时间并提高动态性能。

据TI电池管理系统产品线经理王世斌介绍，上一代产品是TI于2018年推出的TPS7A05，静态电流为1μA。与之相比，本次推出的新产品的功耗相当于降低了约40倍。换句话说，如果系统电池此前需要10天充一次电，采用TPS7A02芯片，因静态电流非常低，就单颗芯片来讲即带来40倍的效益，意味着今后可能400天才需要充一次电，当然，系统功耗还必须考虑整体设计。

图1  TI低IQ LDO产品演进路线图

TPS7A02的特性和优势主要体现在以下三个方面：

1、 更低的静态电流大幅延长系统的运作时间。TPS7A02在轻负载下的超低IQ控制，能让工程师将使用标准电池（如锂离子电池）的电池寿命至少延长一倍。以无线可视门铃和监视器的设计为例，使用TPS7A02芯片后，工程师可实现24个月或更长的电池寿命，相当于业界标准的四倍。此外，与市场上同类芯片相比，具备3 nA更低关机IQ的TPS7A02能将便携式医疗和可穿戴应用中的电池储存时间延长五倍。

2、 更快的唤醒速度及更好的动态性能有利于高精度应用。对于1到50mA的负载瞬态，TPS7A02能够在5us内响应，仅为行业内同类器件瞬态响应时间的一半，非常适合响应时间更短、动态性能更好的应用。TPS7A02能快速响应迅速变化的负载的同时，还具备更小的输出电压变化，有利于高精密度、低功耗的应用，如无线物联网（IoT）和便携式医疗装置，这些应用均需无噪音电流才能准确采集装置周围的信号。

3、 更小的尺寸符合设备微型化趋势。TPS7A02无需任何外部电路或零组件即可自动从IQ节
能模式、低负载状态，转换为高负载、快速瞬态状态。因此，工程师可以使用TPS7A02 将解决方案尺寸缩小70%，并在空间受限的应用中添加更多功能，或使用更小的电路板降低系统成本。

电网基础设施、楼宇自动化、医疗设备及便携式电子设备等都是TPS7A02的主要应用领域。

超低IQ开关稳压器：大幅延长物联网设计的电池使用寿命
TPS62840是一款超低功率开关稳压器，工作IQ仅有60 nA，而其上一代产品的IQ为360 nA。在1µA负载下，TPS62840可提供80%的极高轻载效率，系统的电池使用寿命得以大幅延长。

图2 TI超IQ开关稳压器产品发展路线图

TPS62840还是一款可选择PWM/PFM切换控制式DC/DC变换器。在重负荷时由PWM控制，低负荷时自动切换到PFM控制，即在一款产品中同时具备PWM和PFM双重优点。王世斌表示，TPS62840的可选模式和停止功能能够显著改善噪声性能并减少信号失真。这些优势可帮助降低解决方案成本，设计人员无需使用更昂贵的精密信号链组件、传感器或无线电解决方案执行相同的功能即可达到系统要求。

此外，TPS62840还有1.8V至6.5V的宽输入电压范围，可支持各种化学电池和配置，比如串联的两节锂-二氧化锰(2s-LiMnO2)电池、单节锂亚硫酰氯(1xLiSOCL2)电池、四节和两节碱性电池和锂聚合物电池(Li-Po)等。

对于上述两个产品，我们可能会有一个疑问：既然有了25nA超低IQ的LDO，为什么TI还要推出IQ为65nA的DC/DC稳压芯片呢？王世斌是这样回答的，他说：两款产品相比，开关电源的效率优于LDO。在实际应用中，设计人员需要去估算设备的静态时间和动态工作时间分别是多少。若动态工作时间比静态时间长，显然应该选择开关DC/DC稳压器。反之，因拥有低至25nA的IQ，此时LDO将是最好的选择。

三合一开关充电器：超低截止电流提升电池的容量和寿命
BQ25619是TI最新推出的一款截止电流只有20mA的新型开关电池充电器IC。与市场上常用的高于60mA截止电流的芯片相比，BQ25619可增加7%的电池容量，实现更长的运行时间。与上述两个产品类似，BQ25619的静态电流也非常低，在运输节电模式下电池泄漏仅为6 uA，使器件的使用寿命延长大约一倍。

此外，BQ25619还是一款三合一整合型升压转换器，集成了电荷、升压转换器和电压保护，可支持空间受限应用的高效设计，且无需上一代充电器IC所需的外部电感。由于其集成的双向降压或升压拓扑结构，BQ25619的充电和放电功能仅需一台功率器件。在4.6V和0.5A输出时，BQ25619可提供95%的效率，有助于超快速充电，

高效电池监控器：将低功耗与高精度完美组合
为了进一步丰富和完善超低功耗电源产品线，今年一季度TI还推出了一款高效电池监控器TPS3840，该器件具有手动复位和可编程复位时间延迟功能。

TPS3840有三个突出特点：一是宽输入范围。1.5V至10V的宽输入电压范围允许在不使用外部组件的情况下监控 9V电压轨或电池，通过外部分压可监控24V电压轨，精度达到1%。二是低功耗。TPS3840拥有毫微级IQ，自耗电很低，能最大限度地降低系统功耗。三是可完全配置。TPS3840可用作比较器或菊花链式通用供电监控器，或作为定序器。

所有超低功耗系统的设计师都非常关心电池的使用寿命。可充电电池、一次性电池，它们的设计的目标都是尽可能延长电池续航时间。为特定子系统选择合适的超低静态电流IQ或超低关机电流芯片是非常重要的。这些细微差别在每个超低功耗系统从可穿戴设备到智能电表，再到医疗设备中都很普遍。TI在上述四款电源产品中充分发挥了自己的技术优势，在静态电流方面表现突出，封装尺寸也尽可能做到最小，是低功耗应用的上佳之选。