升压变换器的静态电流和关断电流

Vince Wen

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简介

对电池供电应用来说，出色的用户体验有赖于较长的电池寿命和高性能的终端设备。静态电流 (I_Q) 是优化这类应用时的重要考量参数，因为低 I_Q 即意味着长电池寿命。

本文将介绍升压变换器中静态电流 (I_Q) 与关断电流 (I_SD) 的区别，并深入探讨如何在电池供电应用中发挥这二者的作用。

电池类型

大多数电池供电应用的电池输出都相对较低，例如单节 AA 电池只有 1.5V 的输出电压 (V_OUT)；但与此同时，后端 IC 或附属电路又需要较高的输入电压 (V_IN)。为了给 IC 或附属电路提供足够高的 V_IN，这些应用通常采用升压变换器（即 Boost 或 Step-up 变换器）来提升电池的输出电压。

图 1 显示了几种不同的电池类型，例如圆柱电池、纽扣电池和手机/平板电脑电池。

图1: 电池类型

表 1 显示了常见的电池类型及其典型输出电压。

表 1：电池类型及其典型 V_OUT

类型/规格	圆柱电池				纽扣电池			手机/平板电脑电池
镍氢	锂铁	锂离子	镍镉	铬	SR	LR	锂离子
输出电压（V_OUT）	1.2V	1.5V	3.7V	1.2V	3V	1.55V	1.5V	3.7V
尺寸	A, AA, AAA, AAAA, C, D, N 和 F				不定

通常我们根据应用需求来选择电池。但请注意，上述电池中最大 V_OUT 为 3.7V，这对许多应用来说可能都是不够的，这也是升压变换器存在的重要性。

升压变换器

MPS 提供多款同步升压（Boost）变换器，可用于升高电池 V_OUT，从而为接收系统提供足够高的 V_IN。下文将以 MPS 的超低静态电流（I_Q）同步升压变换器 MP28600 为例，重点介绍升压变换器的 I_SD 和 I_Q 之间的区别。MP28600 是一款具有 nA 级静态电流和 SOT563 (1.6mmx1.6mm) 小尺寸封装的新型 IC 解决方案，非常适合可穿戴设备、工业传感器和电池供电的手持医疗仪器。

关断电流 (I_SD)

当 IC 关闭而电池仍连接到系统时，IC 从电池中汲取的电流就称为 I_SD。假设 MP28600 的启用信号设置为 0V，将它连接到 V_IN 等于 3.3V 的电池上，此时从输入端测得的电流即为 I_SD（见图 2）。

图2: 测量 I_SD

人们可能很难理解，为什么 IC 关闭了还会消耗电流？这是因为某些内部电路（例如启动回路）仍然会向地 (GND) 泄漏少量功率，而这种泄漏会消耗电池电流（见图 3）。

图3: IC 电路中的 I_SD

例如在实际生活中，当您从商店购买了一个电池充电的电子设备，而这个设备已经在货架上放置了相当长的一段时间。那么，一开始您可能根本无法打开它，直到它充满电才能用。这是因为即使没开机，设备 IC 也持续从电池消耗一定量的电流。另外，如果电池过放，而且没有保护功能，则可能会损坏电池，满电容量也会降低。

静态电流 (I_Q)

I_Q 是 IC 在启用（但不切换）或空载时消耗的电流。该电流也可称为工作静态电流、待机电流和睡眠模式电流。

例如，我们将 MP28600 的使能信号设置为 5V。并将 IC 连接到电池，V_IN 为 3.3V。从 MP28600 的输入电压引脚即可测得 I_Q（见图 4）。

图4: 测量 I^Q

类似的，人们又会疑惑为什么会有 I_SD。这是因为，即使没有负载，并且 IC 大部分时间没有切换，但一些内部电路仍需要少量电流以继续运行并维持设备的基本功能。图 5 显示了一个消耗电流的控制回路。

图5: IC 电路中的 I_Q

I_Q 对于一些在睡眠状态下仍需运行的应用非常重要。我们以一个安全传感器为例进行说明（见图 6）。安全传感器在 99% 的时间中都不会检测到触发警报的物体或危险情况，但它不能关闭。在这种情况下，传感器可以在睡眠模式下运行，并在必要时唤醒。在睡眠模式下，IC 仅消耗少量的电池电量，这个电流就是工作 I_Q。I_Q 越小，电池寿命越长。