是什么使和(IoT)的所有讨论和趋势成为了可能？测量体温、输送胰岛素以及监测的医疗贴片必须长时间、可靠工作。此外，这些设备在供病人使用之前，一般在储藏室及药品柜中存放较长的时间。在使用时，医生和用户必须确信其设备的电池有效、状态良好。同样地，、耳塞式耳机和视频游戏控制器必须能够在两次期间使用较长的时间(图1)。有谁希望不停的充电或者在需要时设备却停止工作呢？想象一下在铁人三项运动中必须停下来进行充电的尴尬情况。此外，电表、煤气和楼宇自动化系统等设备以及大量现场必须能够在现场可靠工作，这些设备都倾向于在后台连续工作，不会频繁地进行充电和维护。从卫生保健和生物到可穿戴和环境检测，几乎所有的IoT设备都依赖于电池，电池必须能够在各种条件下可靠、长时间工作。实际上，电池寿命问题已经到了紧要关头。

图1.智能手表和耳塞式耳机就是电池寿命至关重要的系统实例。

根据市场调研公司全球行业分析(Global Industry Analysts, Inc)的数据，“受当前新兴无线网络时代日益普及的移动需求的推动”，全球式电池供电产品市场规模到2020年将达到8654亿美元1。普通两口之家中将使用30至60块电池2。当然，每款设备都拥有自身独特的能耗模式。

我们接下来回顾电池寿命是如何计算的，并讨论静态为什么非常重要。

影响电池寿命的因素有哪些？

在完成制造之后，许多IoT节点设备保持在关断模式，通常存放在货架上，直到被卖出并打开使用。这些设备在其寿命期内的大部分时间处于待机模式，定期执行某些动作或将输出传输至云端。对于可穿戴健身监测设备，用户在训练时穿戴的时间跨度相对较短，尤其如此。鉴于此，就有必要探索改进设备处于被动模式时的节电途径。

系统设计师根据单元(例如)的工作、休眠和深度休眠电流计算电池寿命。相关的传感器和无线电也与微控制器一起协同工作。当然，为系统中的所有功能电路供电，也至关重要。虽然工作耗流是延长电池寿命的重要因素，但工作时间最终受各种下所消耗的时间量的影响。如果休眠和深度休眠功能占据较多的时间，每个元件的待机电流就至关重要。这种情况下，电源的静态电流是影响系统待机的最大因素。例如，假设某个系统由40mAh、1.55V氧化银纽扣电池供电，其保质期为1年(图2所示为纽扣电池)。如果吸入电流为大约4µA，将该电流降低1微安即可将的保质期延长大约三个月3。

图2.纽扣电池为需要长工作时间的供电。

到2020年，全球将拥有价值8654亿美元的便携式电池供电产品。

电源静态电流是影响系统待机功耗的最大因素。

静态电流不等于关断电流。

电源通常包括调节器，例如升压或降压的开关调节器，或者低压差(LDO)调节器。有些电源也有IC (PMIC)，其中涉及到多种电源结构，甚至可能有器。

静态电流的影响不可低估

电源处于待机模式时，功耗由静态电流(IQ)决定，后者是指电路的静默状态，此时不驱动任何负载，输入不进行切换。静态电流虽然微不足道，但会实质上影响系统在轻载条件下的功率传输效率。

有时候容易混淆静态电流与关断电流。静态电流时，系统处于空闲状态，但随时可唤醒并采取动作，这通常是用户希望的设备状态；另一方面，关断电流时，是指设备处于休眠状态。

设计师利用静态电流评估电源在轻载时的功耗，利用关断电流计算设备关断且电池连接到调节器时的电池寿命。

为延长设备电池寿命，采用控制器、传感器、无线电和高效电源进行设计。高级节点CMOS制造工艺等设计技术也有助于降低产品的总体功耗，进而有效延长电池寿命。有些设计师选择使用升压转换器，当电池电压下降到较时，可延长电池寿命。然而，如果选择的转换器不正确，这种方法实际上会造成静态电流较高，电池电量消耗更快。

最终产品的规格是另一项重要注意事项。消费者，进而设计师，被迫选择越来越小、越来越轻的产品。困难在于，设备的电池通常是设备电路板上最大、最重的组件。当然，电池的尺寸越小其容量就越小——这与较长电池寿命的需求是矛盾的。所以设计师必须综合权衡电池容量和尺寸与有效电源管理技术之间的关系。提高系统电源效率是延长电池寿命的一种常见途径。

严密关注升压转换器等电源调节器的静态电流指标意义重大——该电流越低，电池寿命就越长。所以就需要既能提供较低静态电流且尺寸规格比当前市场上可用产品更小的技术，特别是对于现在的超小尺寸设计。在这种情况下，即使低至毫安级的电流也不足以影响电池寿命。当今的可穿戴、移动及IoT设计要求低至纳安级的电流。

选择正确的升压转换器

升压转换器为转换器，其输出电压高于源电压。纵观升压转换器市场，根据行业分析数据，VIN (5V)升压电源管理电路增长最快(图3所示为全球升压转换器市场的营业额预测)。根据推动这种增长的IoT应用的要求，设计师正在寻求能够提供较低电压轨、较长电池寿命以及较小方案尺寸的升压转换器。

VIN (5V)升压转换器全球营业额($M)

图3.升压转换器全球营业额预测

超小尺寸、联网设计得益于纳安级电流

300nA静态电流，带真关断模式

正确选择能够有效延长电池寿命的升压转换器，需要严格注意一些关键条件，包括：

1. 静态电流：该电流越低，转换器就越能延长系统待机模式下的电池寿命。

2. 真关断模式：关断时将电流输出与输入阻塞，该功能可提高效率、延长最终产品保质期。如果作为转换器的集成功能，还能够节省昂贵的外部元件。

3. 输入电压范围：允许利用几乎“耗尽”的电池进行工作。

4. 效率：测量VIN、VOUT和IOUT，百分比越高，越有利于延长电池寿命(uA级时的效率高于90%则比较理想)。

了解厂商在电源管理技术领域的业绩也非常重要。可信赖的厂商拥有为各种规模、各个行业的客户提供先进技术的悠久历史，随时间推移持续增强其专业技术和产品。有些厂商也为客户提供在线仿真工具，根据其设计指标评估效率曲线和材料清单(BOM)成本。如果能够使用评估系统和评估板，则能够快速建立各种尺寸的设计原型。此外，超小尺寸对于成本及尺寸敏感的设计也至关重要。

带真关断功能的超低静态电流升压转换器

Maxim现在提供DC-DC升压转换器，拥有超低静态电流(300nA)和真关断(True Shutdown™)技术，可理想用于要求长电池寿命的电池供电应用。MAX17222 nanoPower升压调节器具有0.5A峰值电感电流限值(图4)。器件采用真关断技术，输出与输入断开时，无正向或反向电流。输出电压可由一个1%标准电阻选择。MAX17222拥有启动后使能瞬态保护(ETP)，根据负载电流的不同，当输入电压下降到400mV以下时，允许输出保持在范围之内。升压转换器采用8 x 1.4mm2、6焊球WLP封装和6引脚uDFN封装，峰值效率高达95%，最大程度减少散热。

图4. nanoPower升压转换器方

总结

在寻求未来设计中延长电池寿命的途径时，不可忽视静态电流的影响。提前理解最终产品的用电特性非常重要——这将为您提供努力的方向。在考虑使用的元件时，应尽量使用纳安级范围内静态电流最低的电路。低静态电流与真关断、低输入电压范围及μA级时的高效率等指标相结合，有助于设计能够满足客户每次充电提供长工作时间的智能、联网产品。