某公司自主研發的智能水表剛上市半年,隨后此產品陸續接到用戶投訴沒電的情況,公司售后不得不花大量人力到用戶現場更換電池,處理異常,導致公司損失慘重。但是該產品說明書中標稱電池可以工作三年,為何半年左右電池就耗盡? 最終發現問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--“Quiescent Current--靜態電流”,在關閉功能電路后,仍有電流消耗在電源芯片上,電池很快耗盡。
電源電路是產品的核心,不管是開關電源芯片,還是線性穩壓LDO,芯片除了向外部供電外,自身也要消耗電流,芯片手冊中一般會使用“Quiescent Current--靜態電流”或者“Ground Pin Current--對地電流”來表示芯片的損耗,范圍在幾微安到幾十毫安不等,此參數也是LDO電源芯片性能的反映。
接下來我們對上述的實際案例進行詳細分析,讓大家了解“Quiescent Current--靜態電流”或者“Ground Pin Current--對地電流”參數的重要性:
上述公司研發的智能水表屬于低功耗產品,低功耗產品對每一個電路的功耗都有嚴格的要求,上述產品讀卡電路的功耗就是問題點所在,正常情況下讀卡模塊電路工作時電流不會超過15uA,但是實際電路測試到的電流居然達到了70uA,整整超出了55 uA,功耗嚴重超標。
通過查閱LDO手冊和反復測試驗證,發現超出的電流值就是LDO電源芯片自身的損耗值,如表1所示,工程師所用的LDO電源芯片手冊中對“Ground Pin Current--對地電流”參數描述是這樣的,沒有負載電流的情況下,LDO自身損耗最大就能達到75uA,如果負載電流達到500mA情況下,LDO自身損耗典型值是85uA,由此可見讀卡模塊電路的最大功耗源頭就是LDO,解決方法尋找一個封裝兼容,管腳兼容并且靜態電流小的LDO型號。
表1 LDO電源芯片參數
通過上述的分析,相信大家會對“Quiescent Current--靜態電流”或者“Ground Pin Current--對地電流”這個參數有一定的了解,不過我們還需要考慮一個問題,為什么工程師設計電路時會忽略此類參數呢,如果在研發時就發現并解決這個問題,公司的損失會更小。
之所以有些工程師會忽略LDO靜態電流,很大可能是因為他們平常研發時考慮更多的是輸入輸出電壓、輸出電流等參數,忽略了LDO芯片自身的損耗,自然就對此參數了解不多,還有普通產品研發時對電源電路沒有特別嚴格的功耗要求,基本上使用電源模塊或者適配器,平常使用的LDO電源芯片靜態電流一般都是mA級,比如最常用LDO芯片-1117系列,如表2所示,LDO的“Quiescent Current--靜態電流”最大值是10mA,基本和7805是同一個水平,屬于損耗較大的類型,但是這樣的LDO靜態電流值和產品整體功耗對比顯得還是較小,所以這也是工程師不會太在意這個參數的原因。
表2 1117系列LDO芯片參數
從實例中還可知低功耗產品對電路功耗要求的嚴格程度,有些模塊電路功耗被規定在uA級上,因為如果功能電路功耗過高,也會導致產品達不到功耗標準,而且電池供電產品就容易出現電量不足的情況,畢竟電池的容量是有限的,頻繁的更換電池或充電必然會帶來很差的用戶體驗,甚至存在一定安全問題。
綜上所述,如果低功耗產品在LDO電源芯片的選型時忽略“QC”靜態電流的存在,產品的性能就會收到影響,事物是相對的,為了產品的性能我們需要更低靜態電流的LDO芯片,而靜態電流越小對芯片制造商的工藝挑戰就越大,相應的制造成本也會上漲,所以工程師選型時需要綜合考慮芯片性能和成本問題。
給大家推薦一款安森美制造的極低靜態電流的LDO – NCP551,其參數如表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,是低功耗產品電源芯片的不錯選擇。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電流LDO芯片選型表。
表3 NCP551芯片參數
表4 低靜態電流LDO芯片選型表
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原文標題:硬件設計07:電源芯片選型,容易忽略的“QC”
文章出處:【微信號:Zlgmcu7890,微信公眾號:周立功單片機】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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