作者：德州儀器 Chris Glaser
靜態電流 (IQ) 的一般定義為積體電路 (IC) 在無負載、非切換但啟用的狀態下，所消耗的電流。若以更廣泛且實用的概念來說，靜態電流則是指 IC 在任何數值之超低功耗狀態下所消耗的輸入電流。
若為以電池供電的應用，則前述輸入電流來自電池，因此也會決定電池在需要重新充電前的運作時間 (適用於充電電池，例如鋰離子 (Li-Ion) 或鎳氫 (Ni-MH) 電池)，或是更換前的運作時間 (適用於主要電池，例如鹼性電池或鋰錳 (Li-MnO2) 電池)。對於以電池供電且待機或睡眠模式時間極長的應用，IQ 可讓電池運作時間達到數年。例如，若使用如 60-nA TPS62840 等超低 IQ 降壓轉換器來為常開應用供電，例如圖 1 所示的智慧電錶，則電池運作時間可達 10 年。
圖 1：智慧電錶
對於我們日常使用的各種設備，IQ 也會影響其電池運作時間。您可能曾購買智慧手錶時，卻發現必須要先充電一小時才能使用。或者您可能需要隨身攜帶住家的實體鑰匙，以免智慧鎖 (如圖 2 所示) 的電池沒電。前述兩種情境都與 IQ 有關。
圖 2：智慧鎖應用
我將會在此文章探討 DC/DC 轉換器產品規格書中最常用的三種 IQ 規格 – 關機電流、非切換 IQ 和切換 IQ – 以及這些規格會對系統功耗造成何種影響。
關機電流
關機電流是在 IC 關閉或停用時所量測到的電流。因此，您可能會認為非切換 IQ 應一律為零。實際上，有些 IC 在此狀態下會出現漏電流，而其他 IC 其實具有會消耗少量電流的內部電路，因此即使停用 IC，也可維持內務處理功能。
例如放在商店貨架上的消費性電子產品就是如此。您的智慧手錶之所以無法在開箱後立即運作，跟該智慧手錶每個 IC 的關機電流規格相關，如圖 3 所示。當終端產品放在商店貨架上或倉庫的高大貨架上 (此處溫度可能更高，導致電池消耗得更快) 時，大多數 DC/DC 轉換器等都處於關機狀態。因此，即使停用 DC/DC 轉換器，電池也會緩慢地放電。
圖 3：BQ21061 在運送模式下的電池充電電流
部分 IC 具有多種關機狀態，例如 TI BQ25120 電池充電器的 2-nA 運送模式，或是 TPS61094 升壓轉換器的 4-nA 旁路模式。在這類進階關機狀態下，通常只有非常有限的部分產品功能會維持在啟用狀態，以汲取最低的 IQ 量。相較於 BQ25120 高阻抗 (關機) 模式下的 700-nA IQ，以及 TPS61094 關機模式下的 200-nA IQ，運送模式和旁路模式可分別使電池運作時間延長為 350 倍和 50 倍。
非切換 IQ
非切換 IQ 是指 IC 在啟用狀態下、處於切換脈衝之間且無負載下的電流。在大多數切換 DC/DC 轉換器產品規格書中都可找到此參數，因為其可在生產自動測試設備上輕鬆進行測試。
非切換 IQ 可作為不同IC之間的比較指標，但有兩項缺點讓其無法成為電池運作時間的最佳估計：非切換 IQ 會因汲取的電池電流而有所變異，且許多 IC 會同時從輸入電壓和輸出電壓汲取 IQ。然而，由於輸出電壓和其 IQ 最終都來自輸入處的電池，因此需要進行額外的轉換或量測，才可計算出來自輸入來源的同等 IQ – 我們無法透過將兩個 IQ 電流相加來計算出汲取的總電池電流量。例如，TPS61099 升壓轉換器會消耗 400-nA IQ 的 VIN 電量，以及 600-nA IQ 的 VOUT 電量，但無負載輸入電流消耗量為約 1.3 µA，而非 1 µA。
切換 IQ
切換 IQ 還有其他多種不同名稱：例如操作 IQ、待機電流、睡眠模式電流、無負載輸入電流、低壓差線性穩壓器 (LDO) 的接地電流等等，這是當 IC 在未輸送任何負載電流的情況下運作時，所量測到的實際輸入電流。由於這是在實際條件下量測的電流，而非在生產線上進行量測，因此 IC 偶爾會切換以應對損耗，並彌補輸出時的洩漏情況。
這是在無負載情況下可對汲取電池電流做出的最佳估計，並且在許多產品規格書中都可看到，例如圖 4 所示的 TPS62840 即具備 60-nA 的切換 IQ。
圖 4：60-nA IQ DC/DC 轉換器
為了讓大部分時間皆處於極低功率狀態下的應用可達到所需的電池運作時間，使用低 IQ DC/DC 轉換器非常重要。例如，智慧鎖大部分時間都處於極低功率狀態下，靜待著電話傳送代碼以開啟門鎖。若切換 IQ 過高，則大部分電池電力會在待機期間用盡，而非用於開啟或關閉門鎖。
結論
本文章簡短說明了常在產品規格書中標示 IQ 的方式，以及其對電池運作時間有何影響。如需更多關於 IQ 的詳細技術資訊，請參閱白皮書：「克服低功耗應用中的低 IQ 挑戰」、閱讀我所著的 Analog Design Journal 文章「IQ：深入剖析與使用方式」，或是觀看我們的低 IQ 訓練系列，以更深入瞭解相關資訊。
其他資源
參閱白皮書「克服低功耗應用中的低 IQ 挑戰」
