TI DC-DC 开关稳压器 TPS61220 静态电流 IQ 与实际系统电流的差异

上一个帖子,我们讲了 什么是DC-DC 开关稳压器的静态电流IQ?

IQ 是 DC-DC 开关稳压器在 “待机但未工作” 状态下的自身功耗基准,反映了 IC 内部基础功能的能耗水平,但其数值不等于实际应用中的无负载电流。

TPS61220 静态电流

TPS61220 的静态电流IQ是指 IC 在无负载、非开关(功率级关闭)且已使能状态下的自身功耗电流,典型值为 5.5μA(测试条件:IO = 0 mA, VEN = VIN = 1.2 V, VOUT = 3.3 V)。

TPS61220 数据手册


其核心特性包括:

  1. 无负载与非开关状态
  • 无负载:输出端(如VOUT引脚)无电流流出,电流仅在 IC 内部流向地。
  • 非开关:IC 内部功率开关(主开关、同步整流器)均处于关闭状态,功率级与输出完全断开(仅部分器件的 MOSFET 体二极管无法关闭)。
  1. 使能与工作模式
  • 通过 EN 引脚使能 IC,且未进入欠压锁定(UVLO)或关机状态。
  • 需启用节能模式(Power-Save Mode),若 IC 工作在 PWM 模式,开关损耗会覆盖IQ,此时 IQ无参考意义。
  1. 电流来源
  • TPS61220 作为升压转换器,IQ同时来自输入VIN 和输出VOUT(典型值分别为 (0.5μA) 和 (5μA)),而降压转换器通常仅从输入取电。

二、IQ包含的功耗部分

IQ 用于维持 IC 基本功能,包括:

  • 内部精密基准电压源;
  • 振荡器、热关断或 UVLO 电路;
  • 状态机、逻辑门等电路的供电。

不包含:功率级输入电流、栅极驱动电流(因非开关状态下这些电流为零)。

静态电流IQ 与实际系统电流的差异多大呢?

TPS61220 无负载操作

我们以TI DC-DC 开关稳压器 TPS61220举例


TPS61220 无负载操作(500 μs/div)

如上图:

  • 红色(VOUT,交流耦合,10 mV/div):输出电压,反映能量补充后的稳定状态(波动源于测量耦合)。
  • 绿色(开关节点电压,1 V/div):功率级开关(MOSFET)的节点电压,Phase #1 时开关动作(电压变化),Phase #2 时无开关(电压稳定)。
  • 橙色(IL),100 mA/div):电感电流,Phase #1 时充电(上升)和放电(下降),Phase #2 时为零(休眠)。

工作阶段

  • Phase #1(开关阶段)
    • 输出电压因泄漏下降至阈值,IC 启动开关脉冲:高端 MOSFET 导通(开关节点电压↓,电感电流↑充电),随后同步整流 MOSFET 导通(开关节点电压↑,电感电流↓放电至输出),补充输出电容能量,使VOUT) 回升。
  • Phase #2(休眠阶段)
    • 功率级关闭(开关节点电压稳定,电感电流为零),IC 仅消耗静态电流 IQ,输出电压因泄漏缓慢下降,直至下一次 Phase #1 触发。

周期特性

  • 无负载时,IC 通过 周期性开关(Phase #1)和休眠(Phase #2 维持输出电压,周期由输入 / 输出电压、外部元件(电感、电容)及泄漏损耗决定(图中约 1.75 ms)。

TPS61220 无负载运行时的开关脉冲


TPS61220 无负载运行时的开关脉冲(500 ns/div,Phase #1 放大)

如上图:

  • Phase #1(开关脉冲)
    • 电感电流(IL)):先线性上升(高端 MOSFET 导通,电感储能),后线性下降(同步整流 MOSFET 导通,电感释放能量到输出),直至为零(能量传输完毕)。
    • 开关节点电压:先下降(高端 MOSFET 导通,后上升(同步整流 MOSFET 导通,最后因电感和寄生电容谐振振荡(能量耗尽后,SW 引脚呈高阻抗,与输入电压平衡)。
    • 输出电压(VOUT:在开关脉冲初期因电感放电而短暂上升(红色尖峰),随后保持稳定(Phase #2 前的最后补充)。

能量传输逻辑

  • 开关脉冲期间,电感作为能量载体,将输入电压 VIN的能量转换为输出电压VOUT) 的能量(升压场景:VOUT > VIN))。
  • 休眠阶段(Phase #2),输出电压因负载泄漏(无实际负载时,分压器、电容泄漏等)缓慢下降,直至触发下一次开关脉冲,形成间歇工作模式(节能模式)

结论

TPS61220 的IQ是其静态功耗的 “理论下限”,而实际系统电流因功率级开关、外部损耗、负载能量传输 等因素显著更高。设计时需结合应用场景(无负载 / 轻负载 / 满载) ,通过实测或仿真评估总电流,确保低功耗设计的准确性,避免仅依赖 IQ规格导致的续航估算误差。