【導讀】器件的靜態電流 (I_Q) 對於連續血糖監測器 (CGM) 等deng低di功gong耗hao節jie能neng終zhong端duan設she備bei而er言yan，是shi一yi個ge重zhong要yao參can數shu。集ji成cheng電dian路lu在zai輕qing負fu載zai或huo空kong載zai條tiao件jian下xia消xiao耗hao的de電dian流liu會hui顯xian著zhu影ying響xiang待dai機ji模mo式shi下xia的de功gong率lv損sun失shi
，以yi及ji係xi統tong的de總zong運yun行xing時shi間jian。

由電池供電的負載實際上並不是常開型負載，而是脈寬調製 (PWM) 負載，這意味著負載包含兩個時間段：t_PWM 和 t_Standby

，如圖 1 所示。盡管 t_Standby 占總負載周期（在圖 1 中顯示為 T）的 99.9%
，但它對提升效率（尤其是輕負載效率）仍非常重要。

圖 1：電池係統負載情況

為了提升效率和延長電池使用壽命，人們麵臨著降低待機模式功率損失、限製電流尖峰和減小導通時間脈衝期間占空比的諸多挑戰。具有低 I_Q 的升壓轉換器可幫助降低電池的總功率損失。

選擇低 I_Q 升壓轉換器來提升總效率

CGM 展示了為何最大程度降低 I_Q 對於延長電池使用壽命是重要的。圖 2 展示了 CGM 電dian源yuan塊kuai
，其qi中zhong包bao括kuo一yi個ge用yong於yu讀du取qu血xue糖tang濃nong度du的de傳chuan感gan器qi，一yi個ge用yong於yu捕bu獲huo血xue糖tang讀du數shu的de發fa送song器qi和he一yi個ge用yong於yu通tong信xin和he顯xian示shi的de無wu線xian接jie收shou器qi。該gai發fa送song器qi由you一yi個ge紐niu扣kou電dian池chi、升壓轉換器和模擬前端組成（圖 3），該模擬前端消耗大部分電能。

圖 2：CGM 的電源架構

圖 3：CGM 發送器的電源架構

圖 4 展示了模擬前端的負載電流。如您所見，發送器在 99% 的時間處於待機模式。

圖 4：CGM 發送器中電流消耗隨時間的變化

公式 1 計算了電池在一個負載周期中提供的總功率為：

降低 I_Q 可直接提升待機模式下的效率。

德州儀器的 TPS61299 升壓轉換器僅從 V_OUT 中消耗 95nA 的 I_Q，因此可在 CGM 的以下典型待機條件下將效率提升 39%：V_IN = 3.0V，V_OUT = 3.3V 且待機 I_OUT = 10µA（圖 5）。在每個 288s 的負載周期中，30mA 的導通時間脈衝負載持續 600ms，相當於每天節省多達 2.53W 的功率。提升待機模式下的效率最終可延長 20% 的電池使用壽命。

圖 5：TPS61299 和 600nA I_Q 器件的效率曲線

限製電池的放電電流

盡管高能量密度、低放電紐扣電池極其常見
，但其主要缺點是具有高等效串聯電阻 (ESR) 和有限的電流能力。PWM 負(fu)載(zai)應(ying)用(yong)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)小(xiao)，高(gao)電(dian)流(liu)脈(mai)衝(chong)會(hui)產(chan)生(sheng)遠(yuan)高(gao)於(yu)放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)的(de)高(gao)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)尖(jian)峰(feng)，這(zhe)對(dui)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)和(he)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)都(dou)會(hui)產(chan)生(sheng)不(bu)良(liang)影(ying)響(xiang)，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)使(shi)用(yong)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)時(shi)。同(tong)樣(yang)，ESR 會隨著電池老化而增大，由電流尖峰導致的功率損失也會相應增加。

電池容量與放電電流成反比，電池使用壽命與容量具有線性關係，如圖 6 所示。將放電電流從 500mA 降至 100mA 可將電池使用壽命增加一倍。

TPS61299 升壓轉換器係列提供從 5mA 到 1.5A 的輸入電流限值，可精確限製導通時間脈衝期間的放電電流，幫助延長電池使用壽命。

圖 6：電池使用壽命與放電電流

選擇具有快速瞬態響應時間的器件

通過減小負載的導通時間脈衝寬度來降低總功率損失
，也能延長電池的總使用壽命。

圖 7 展示了智能手表 LED 的逐周期負載情況。PWM 負載包含兩個階段：瞬態時間 (t_tran) 和采樣時間 (t_sample)。t_tran 測量升壓轉換器在發生負載電流或電源電壓突變後快速穩定至目標輸出電壓的時間。t_sample 是光電二極管穩定後的恒定值。

縮短 t_tran 會大大縮短 PWM 時間 (t_PWM)
，反過來增加消隱時間 (t_BLANK)，並使 I_Q 運行狀態時間更長。假設可以將 t_tran 從 100µs 降至 10µs，且 t_sample 為 10µs、周期時間為 250µs，則可以將 t_BLANK 從 140µs 延長至 230µs，如圖 8 所示。

圖 7：傳統 PWM 負載

圖 8：具有快速瞬態性能的 PWM 負載

在 t_BLANK 和縮短的 t_tran 時間內，通過維持低 I_Q 來實現高效率總是步履維艱。低 I_Q 器件的響應時間總是很長，因為在 I_Q 非常低的情況下為內部寄生電容充電是具有挑戰性的。

然而，TPS61299 可實現更快的瞬態響應時間
，且帶寬更寬。例如，在 3.6V 輸入和 5V 輸出條件下

，輸出電流從 0mA 升高至 200mA 的典型穩定時間是 8µs，如圖 9 所示。

圖 9：TPS61299 的瞬態波形

結語

為幫助設計人員降低電池總功率損失，TPS61299 升壓轉換器同時整合了三種有效的方法：

●  選擇低 I_Q 升壓轉換器來提升總效率。

●  限製電池的放電電流。

●  選擇具有快速瞬態響應時間的器件。

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