电子产品世界

“静态” 定义为 “无活动或休眠的状态或阶段”。在电子系统中，静态电流指系统处于待机模式、无负载或轻负载状态下的工作电流。

静态电流的定义通常以从接地端流出的电流为准，多数器件的数据手册中，都会标注零负载条件下、指定输入电压、偏置电压和温度环境中的静态电流（Iq）数值。

本文将深入解析电子设计中三大核心器件的低静态电流特性：线性稳压器、低压差（LDO）稳压器以及电压监控器。

线性稳压器的输入电压必须略高于所需的输出电压，这一电压差值被称为压差。而低压差稳压器的定义，本质上是一种直流线性电压稳压器，其核心特性是即便供电电压与输出电压十分接近，仍能实现稳定的输出电压调节。

线性稳压器

线性电压稳压器必须具备低静态电流特性，才能在系统进入待机模式时维持内部电路的正常工作。系统处于空闲状态时，对输出负载的需求极低甚至为零，此时静态电流通常会以热量形式耗散，而整个系统则保持休眠。但下文将介绍的低压差稳压器，会持续汲取静态电流，为后续的负载工作做准备。

线性稳压器的效率计算公式为：

效率 = (输出电压 × 输出电流) / [(输入电压 × 输入电流) + (输入电压 × 静态电流)] × 100%

E_ff = （V_O × I_O）/[（V_I × I_I） + （V_I ×I_Q）] × 100%

在对功耗敏感的应用场景中，静态电流对器件效率的影响尤为显著。

低压差稳压器

低压差稳压器通过将较高的供电电压转换为更低的稳定电压，实现系统的电源管理。在这类器件中，静态电流（I_Q 或 I_B）指其工作状态下内部控制电路的消耗电流（见图1）。

1. 静电电流（I_Q或I_B）在这里定义为LDO在有源状态下内部控制电路消耗的电流。

低静态电流的低压差稳压器非常适用于电池供电的移动设备，另一核心应用场景是作为直流 - 直流转换器的后置稳压器，也可直接连接电池，为系统提供低噪声的供电电压。

电压监控器

在电池供电的便携式电子应用中，电压监控器需满足小封装、低静态电流和高精度的设计要求。电动牙刷的功能框图（图2）中，电源管理模块就集成了一款电池供电的电压监控器，这也是便携式设备的典型应用案例。

2. 这是一个手持电池供电便携式电动牙刷的方框图。

电池供电的电动牙刷、电动剃须刀这类便携式设备，其设计架构对低静态电流（延长电池寿命）、小体积和高精度有着极高要求，是电压监控器的典型应用场景。

电压监控器通常为三引脚小型集成电路，引脚分别对应电压输入、接地和信号输出，常见封装为 SOT-23，静态电流多为纳安级的三位数。但对于部分微型电池供电产品而言，尺寸仅 2.9×1.5 毫米的 SOT-23 封装仍偏大。

目前有更小的封装选择：一是超小型无引线封装 X2SON，尺寸仅 1.0×1.0 毫米；二是更易焊接的 SC-70 三引脚封装，引脚可见且便于测试，尺寸为 2.0×1.25 毫米。例如德州仪器针对手持电子设备推出的 TLV809E，便采用了 SC-70 封装。

超低功耗电压监控器

在极低功耗应用场景中，设计师多会选用超低功耗的电压监控器，例如基于能量收集技术、免维护的无线传感器节点和智能微尘传感器。

“智能微尘” 生物传感器是尺寸仅立方毫米级的无线半导体传感设备，可用于监测建筑环境和公共空间，这类传感器还集成了功能性多孔微米级硅颗粒，能够实现微尺度环境的监测。

此外，纳安级静态电流的电压监控器还可应用于汽车领域的宽电压输入场景。追求性能指标的汽车电子设计师，对器件的低静态电流、更快的响应速度和更高的阈值精度都有明确要求。

监测 12 至 36 伏的电压阈值时，通常需要使用分压器来调节阈值电压，避免检测 / 电源引脚的电压超过绝对最大值。但遗憾的是，分压器的使用往往会增加功率损耗，这在汽车系统等诸多设计中都是不利因素。

目前市场上已有静态电流低至 350 纳安的电压监控器解决方案，能为系统节省更多电流余量，这一特性对于待机电流预算约为 100 微安的汽车常通系统而言必不可少（见图3）。

3. 这是一个直断电池电压监控的示例。

物联网电池电压系统的能量收集技术

电池电压监控器（BVS）能够有效应对电池内部的高等效串联电阻问题。本节将介绍两款采用 180 纳米 CMOS 工艺制造的低功耗电池电压监控器。

物联网系统的架构中，通常会集成能量收集器 —— 从太阳能电池等能量源获取能量，并将其储存至电池中（见图4）。电池电压会随能量收集量与系统总能耗的变化而动态改变。

4. 该物联网系统包含电池电压监控器（BVS）。

为防止电路出现异常工作状态，同时避免电池遭受永久性损坏，电池电压监控器需持续监测电池电压，仅当电池电压超过设定阈值（开启电压 V_ON）时，才启动系统工作（见图5）。

5. 展示根据VBAT的BVS概念作。

传统的电池电压监控器会设置两个固定阈值电压，且阈值间的电压差为 1 至 10 毫伏，以此避免电路噪声和误差导致的系统振荡。其中关断电压 V_OFF 为下限阈值，设定了电路能正常工作且不会损坏电池的最低电池电压；上限阈值开启电压 V_ON 则形成迟滞电压（迟滞电压 = 开启电压 - 关断电压），防止系统在复位模式和工作模式之间反复振荡。

传统电压稳压器无法替代电池电压监控器，因为其无法防止电池放电至损坏阈值以下，进而造成电池的永久性损坏。

关键词： 低静态电流 线性稳压器 低压差稳压器 电压监控器