某公司自主研發(fā)的智能水表剛上市半年,隨后此產(chǎn)品陸續(xù)接到用戶投訴沒(méi)電的情況,公司售后不得不花大量人力到用戶現(xiàn)場(chǎng)更換電池,處理異常,導(dǎo)致公司損失慘重。但是該產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中標(biāo)稱電池可以工作三年,為何半年左右電池就耗盡? 最終發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就出在選用的電源芯片上。粗心的工程師忽略了LDO的“QC”參數(shù)--“Quiescent Current--靜態(tài)電流”,在關(guān)閉功能電路后,仍有電流消耗在電源芯片上,電池很快耗盡。
電源電路是產(chǎn)品的核心,不管是開(kāi)關(guān)電源芯片,還是線性穩(wěn)壓LDO,芯片除了向外部供電外,自身也要消耗電流,芯片手冊(cè)中一般會(huì)使用“Quiescent Current--靜態(tài)電流”或者“Ground Pin Current--對(duì)地電流”來(lái)表示芯片的損耗,范圍在幾微安到幾十毫安不等,此參數(shù)也是LDO電源芯片性能的反映。
接下來(lái)我們對(duì)上述的實(shí)際案例進(jìn)行詳細(xì)分析,讓大家了解“Quiescent Current--靜態(tài)電流”或者“Ground Pin Current--對(duì)地電流”參數(shù)的重要性:
上述公司研發(fā)的智能水表屬于低功耗產(chǎn)品,低功耗產(chǎn)品對(duì)每一個(gè)電路的功耗都有嚴(yán)格的要求,上述產(chǎn)品讀卡電路的功耗就是問(wèn)題點(diǎn)所在,正常情況下讀卡模塊電路工作時(shí)電流不會(huì)超過(guò)15uA,但是實(shí)際電路測(cè)試到的電流居然達(dá)到了70uA,整整超出了55 uA,功耗嚴(yán)重超標(biāo)。
通過(guò)查閱LDO手冊(cè)和反復(fù)測(cè)試驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)超出的電流值就是LDO電源芯片自身的損耗值,如表1所示,工程師所用的LDO電源芯片手冊(cè)中對(duì)“Ground Pin Current--對(duì)地電流”參數(shù)描述是這樣的,沒(méi)有負(fù)載電流的情況下,LDO自身?yè)p耗最大就能達(dá)到75uA,如果負(fù)載電流達(dá)到500mA情況下,LDO自身?yè)p耗典型值是85uA,由此可見(jiàn)讀卡模塊電路的最大功耗源頭就是LDO,解決方法尋找一個(gè)封裝兼容,管腳兼容并且靜態(tài)電流小的LDO型號(hào)。
表1 LDO電源芯片參數(shù)
通過(guò)上述的分析,相信大家會(huì)對(duì)“Quiescent Current--靜態(tài)電流”或者“Ground Pin Current--對(duì)地電流”這個(gè)參數(shù)有一定的了解,不過(guò)我們還需要考慮一個(gè)問(wèn)題,為什么工程師設(shè)計(jì)電路時(shí)會(huì)忽略此類參數(shù)呢,如果在研發(fā)時(shí)就發(fā)現(xiàn)并解決這個(gè)問(wèn)題,公司的損失會(huì)更小。
之所以有些工程師會(huì)忽略LDO靜態(tài)電流,很大可能是因?yàn)樗麄兤匠Q邪l(fā)時(shí)考慮更多的是輸入輸出電壓、輸出電流等參數(shù),忽略了LDO芯片自身的損耗,自然就對(duì)此參數(shù)了解不多,還有普通產(chǎn)品研發(fā)時(shí)對(duì)電源電路沒(méi)有特別嚴(yán)格的功耗要求,基本上使用電源模塊或者適配器,平常使用的LDO電源芯片靜態(tài)電流一般都是mA級(jí),比如最常用LDO芯片-1117系列,如表2所示,LDO的“Quiescent Current--靜態(tài)電流”最大值是10mA,基本和7805是同一個(gè)水平,屬于損耗較大的類型,但是這樣的LDO靜態(tài)電流值和產(chǎn)品整體功耗對(duì)比顯得還是較小,所以這也是工程師不會(huì)太在意這個(gè)參數(shù)的原因。
表2 1117系列LDO芯片參數(shù)
從實(shí)例中還可知低功耗產(chǎn)品對(duì)電路功耗要求的嚴(yán)格程度,有些模塊電路功耗被規(guī)定在uA級(jí)上,因?yàn)槿绻δ茈娐饭倪^(guò)高,也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品達(dá)不到功耗標(biāo)準(zhǔn),而且電池供電產(chǎn)品就容易出現(xiàn)電量不足的情況,畢竟電池的容量是有限的,頻繁的更換電池或充電必然會(huì)帶來(lái)很差的用戶體驗(yàn),甚至存在一定安全問(wèn)題。
綜上所述,如果低功耗產(chǎn)品在LDO電源芯片的選型時(shí)忽略“QC”靜態(tài)電流的存在,產(chǎn)品的性能就會(huì)收到影響,事物是相對(duì)的,為了產(chǎn)品的性能我們需要更低靜態(tài)電流的LDO芯片,而靜態(tài)電流越小對(duì)芯片制造商的工藝挑戰(zhàn)就越大,相應(yīng)的制造成本也會(huì)上漲,所以工程師選型時(shí)需要綜合考慮芯片性能和成本問(wèn)題。
給大家推薦一款安森美制造的極低靜態(tài)電流的LDO – NCP551,其參數(shù)如表3所示,它具有輸入電壓范圍0-20V,輸出電流最大能到150mA等性能,是低功耗產(chǎn)品電源芯片的不錯(cuò)選擇。為了給工程師更多的選擇,如表4所示,表格中是安森美公司制造的低靜態(tài)電流LDO芯片選型表。
表3 NCP551芯片參數(shù)
表4 低靜態(tài)電流LDO芯片選型表
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原文標(biāo)題:硬件設(shè)計(jì)07:電源芯片選型,容易忽略的“QC”
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