許多工程師不會想到在電源設計中使用“典型”IC規格。然而,在嘗試優化電池壽命時,典型的規格實際上非常有用,有時甚至至關重要。通過清晰地了解設計目標并考慮如何設置數據手冊限值,典型規格提供了最小和最大限值中有時缺少的指導。
IC生產方法不斷發展。長期的模擬系統設計人員可能已經注意到,如今具有A、B和C等級的模擬器件越來越少。大多數功率器件只有一個等級。隨著晶圓直徑的增長和晶體管尺寸的縮小,硅變得更加經濟,但測試的成本仍然相對較高。無情的價格壓力迫使更集中的測試和不太關鍵的參數得到“設計”保證。好消息是,這并沒有降低產品質量。恰恰相反,與以前相比,當今的IC制造流程產生的不合格零件要少得多,當時“分箱”通常是松散工藝的拐杖。如今,在工作臺上的典型性能和最小/最大規格之間存在更大的安全裕度。在大多數情況下,很難說這種利潤不是一種好處。然而,在設計電池壽命時,保守的最小/最大IC限制可能會產生誤導。
電池壽命作為“典型”參數具有最大的價值(醫療或其他關鍵用途除外)。誠然,消費類產品的運行時間可以說是樂觀的。盡管如此,如果引用的運行時間只是實際性能的一小部分,則保證限值沒有任何用處。將IC的最大工作電流相加,產生的電池壽命大多是無用的。相反,典型參數提供更有效的結果,特別是來自典型操作曲線和圖形的數據,以及規格表中的典型規格。
典型的靜態電流可以提供有關IC消耗多少功率的線索。例如,手機的電池壽命在很大程度上取決于靜態電流,因為手機在大部分時間內處于待機狀態。此外,典型關斷電流提供了IC處于關斷模式時所需功率的信息。
其他考慮因素包括工作模式下的IC效率。為了延長電池壽命,必須將功耗降至最低。效率越高,浪費的功率就越少。因此,開關穩壓器的數據手冊包括效率曲線,以幫助設計人員延長電池壽命,特別是在便攜式電池供電應用中。開關穩壓器是便攜式應用的有吸引力的選擇,因為電容器和電感器用于存儲能量和轉換電壓。但是,必須小心地在IC的效率曲線上為系統設計找到最有效的“點”。
對于開關穩壓器,圖1所示的效率曲線對設計人員很重要。典型的運行效率有助于確定最佳電壓在我負荷,以及PWM或跳頻模式,這將反過來確保設備實現最佳效率并延長電池壽命。
圖1.MAX17031降壓控制器的典型工作效率曲線
對于線性穩壓器,壓差表示耗散或浪費的功率。在線性穩壓器中,IOUT近似等于I在.功耗為:
VDROPOUT × IOUT≈耗散功率
如圖2所示的接地引腳電流在便攜式電池供電應用中也會消耗功耗。接地引腳電流是未輸送到負載的功率,因此浪費了功率。選擇最佳輸入電壓以實現最低接地引腳電流也有助于延長電池壽命。
圖2.MAX16999線性穩壓器的典型工作曲線
最后一個重要步驟是了解系統在每種工作狀態(即關閉、睡眠、運行等)下的功率曲線,然后確定在每種狀態下花費的時間。這是一項重要的練習,因為它揭示了大部分能源的去向,以及在哪里應用電源設計工作和 BOM 成本。如果您的產品大部分時間都在關閉,但仍將低功耗電路偏置在關閉狀態,那么花在高功率效率上的錢可能會被浪費掉。相反,專注于低負載效率和低靜態工作電流,以優化使用大多數電池能量的性能。相反,具有實際硬件ON/OFF開關(斷開電池)的產品應設計為在典型工作負載電流(而不是峰值)下實現峰值效率。當然,您仍然需要考慮最大負載,以確保電源在需要時可以提供峰值負載。典型的數字將是幫助將效率“最佳點”放置在最需要的地方的最佳指南。
審核編輯:郭婷
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