了解 3 種靜態電流 (IQ) 的規格

靜態電流 （IQ） 通常定義為集成電路 （IC） 在空載和非開關但啟用狀態下消耗的電流。廣義上，靜態電流是 IC 在任何超低功耗狀態下消耗的輸入電流，這一定義更有助于我們理解靜態電流的內涵。

對于電池供電的應用來說，這種輸入電流由電池提供，因而決定了電池工作多長時間后需要再次充電（鋰離子或鎳氫電池等可充電電池）或更換電池（堿性電池或鋰二氧化錳等原電池）。對于長時間處于待機或休眠模式的電池供電應用，其電池運行時間可能因靜態電流的影響產生數年之差。例如，使用 60nA的TPS62840等超低靜態電流升壓轉換器為常開型應用（如圖1中的智能電表）供電，其電池運行時間可達 10 年。

圖 1：智能電表

靜態電流也會影響我們日常設備中的電池的運行時間。比如，您在買到智能手表之后，會在使用之前先充一小時電。又或者，您總是隨身攜帶家中的實體鑰匙，以防智能鎖（如圖 2 所示）的電池電量耗盡。以上兩種場景也與靜態電流脫不開干系。

圖 2：智能鎖應用

在本文中，我將介紹直流/直流轉換器數據表中與靜態電流相關的三種常見規格——關斷電流、非開關靜態電流和開關靜態電流，并對這些規格如何影響系統功耗進行說明。

關斷電流

關斷電流是在 IC 關閉或禁用時進行測量的。因此，您可能會認為非開關靜態電流應該一直為零。事實上，部分 IC 在該狀態下會出現泄漏電流，而其他 IC 實際上具有內部電路，即便在IC禁用的情況下，內部電路也會消耗少量電流以維持內務處理功能。

以擺放在商店貨架上的消費類電子產品為例，您的智能手表之所以在購買之后無法立即工作，與其 IC的關斷電流規格有關，如圖 3 所示。當終端產品在商店貨架上擺放或在倉庫中長時間存放時（溫度可能會升高，導致電池電量更快耗盡），其中的器件（例如大部分直流/直流轉換器）是處于關斷狀態的。因此，盡管直流/直流轉換器處于禁用狀態，電池仍在緩慢放電。

圖 3：BQ21061 處于運輸節電模式時的電池放電電流

部分IC具有多種關斷狀態，比如 TI的BQ25120電池充電器的2nA運輸模式，或者 TPS61094 升壓轉換器的4nA旁路模式。在這些高級關斷狀態下，為了僅消耗極少量的靜態電流，通常會啟用非常有限的器件功能。與靜態電流為700nA的 BQ25120 高阻抗（關斷）模式和靜態電流為200nA 的TPS61094 關斷模式相比，運輸節電模式和旁路模式可將電池運行時間分別延長 350 倍和 50 倍。

非開關靜態電流

非開關靜態電流是 IC 已啟用、處于開關脈沖之間且沒有負載時的電流。這一參數可通過量產自動化測試設備輕松測得，因此可從大部分開關直流/直流轉換器的數據表中找到。

雖然可以根據非開關靜態電流對不同的 IC 進行同類比較，但這種方式無法對電池運行時間進行最準確的估算，原因有二：非開關靜態電流不同于消耗的電池電流，而且許多 IC 同時通過輸入電壓和輸出電壓消耗靜態電流。但是，既然輸出電壓及其靜態電流從根本上來自輸入端的電池，因而需要采取額外轉換或測量，以獲取輸入電源的等效靜態電流——不可將兩個靜態電流值簡單相加來得出消耗的電池總電流。例如，TPS61099 升壓轉換器可從輸入電壓消耗400nA靜態電流，并從輸出電壓消耗600nA靜態電流，但其空載輸入電流消耗約為 1.3μA 而非 1μA。

開關靜態電流

開關靜態電流有許多不同的名稱：工作靜態電流、待機電流、休眠模式電流、空載輸入電流、低壓降線性穩壓器 （LDO） 的接地電流等。它是IC處于工作狀態且不提供任何負載電流時實際測得的輸入電流。由于開關靜態電流是在實際情況下而非量產線上所測得，因此IC偶爾會進行切換以減少損耗并對輸出端的泄漏進行補充。

該參數是對空載狀態下所消耗電池電流的最準確估算，可在許多數據表中找到，例如TPS62840的開關靜態電流為60nA，如圖 4 所示。

圖4：60nA靜態電流直流/直流轉換器

對于大部分時間都保持超低功耗狀態的應用來說，使用低靜態電流直流/直流轉換器對于實現應用所需的電池運行時間至關重要。例如，智能鎖在大部分時間內處于超低功耗狀態，等待手機發送開鎖碼。如果開關靜態電流過高，則大部分的電池電量都將消耗在等待中，而不是用于開關鎖。

結語

本文簡要介紹了數據表中靜態電流的常見規格及其對電池運行時間的影響。要了解更多關于靜態電流的詳細信息，請參閱白皮書“在低功耗應用中克服低IQ挑戰”，閱讀筆者發布在模擬設計期刊上的文章“靜態電流：定義、常見誤解及其使用方式”，或觀看低靜態電流培訓系列視頻，更加深入地了解該主題。