工程师忽略了LDO的“QC”参数,导致公司损失惨重

 某公司自主研发的智能水表刚上市半年,随后此产品陆续接到用户投诉没电的情况,公司售后不得不花大量人力到用户现场更换电池,处理异常,导致公司损失惨重。但是该产品说明书中标称电池可以工作三年,为何半年左右电池就耗尽? 最终发现问题就出在选用的电源芯片上。粗心的工程师忽略了LDO的“QC”参数--“Quiescent Current--静态电流”,静态电流是指没有信号输入时的电流,也就是器件本身在不受外部因素影响下的本身消耗电流。由于在关闭功能电路后,仍有电流消耗在电源芯片上,电池很快耗尽。

 
电源电路是产品的核心,不管是开关电源芯片,还是线性稳压LDO,芯片除了向外部供电外,自身也要消耗电流,芯片手册中一般会使用“Quiescent Current--静态电流”或者“Ground Pin Current--对地电流”来表示芯片的损耗,范围在几微安到几十毫安不等,此参数也是LDO电源芯片性能的反映。
 
接下来我们对上述的实际案例进行详细分析,让大家了解“Quiescent Current--静态电流”或者“Ground Pin Current--对地电流”参数的重要性:
 
上述公司研发的智能水表属于低功耗产品,低功耗产品对每一个电路的功耗都有严格的要求,上述产品读卡电路的功耗就是问题点所在,正常情况下读卡模块电路工作时电流不会超过15uA,但是实际电路测试到的电流居然达到了70uA,整整超出了55 uA,功耗严重超标。
 
通过查阅LDO手册和反复测试验证,发现超出的电流值就是LDO电源芯片自身的损耗值,如表1所示,工程师所用的LDO电源芯片手册中对“Ground Pin Current--对地电流”参数描述是这样的,没有负载电流的情况下,LDO自身损耗最大就能达到75uA,如果负载电流达到500mA情况下,LDO自身损耗典型值是85uA,由此可见读卡模块电路的最大功耗源头就是LDO,解决方法寻找一个封装兼容,管脚兼容并且静态电流小的LDO型号。
 
表1 LDO电源芯片参数
工程师忽略了LDO的“QC”参数,导致公司损失惨重
通过上述的分析,相信大家会对“Quiescent Current--静态电流”或者“Ground Pin Current--对地电流”这个参数有一定的了解,不过我们还需要考虑一个问题,为什么工程师设计电路时会忽略此类参数呢,如果在研发时就发现并解决这个问题,公司的损失会更小。
 
之所以有些工程师会忽略LDO静态电流,很大可能是因为他们平常研发时考虑更多的是输入输出电压、输出电流等参数,忽略了LDO芯片自身的损耗,自然就对此参数了解不多,还有普通产品研发时对电源电路没有特别严格的功耗要求,基本上使用电源模块或者适配器,平常使用的LDO电源芯片静态电流一般都是mA级,比如最常用LDO芯片-1117系列,如表2所示,LDO的“Quiescent Current--静态电流”最大值是10mA,基本和7805是同一个水平,属于损耗较大的类型,但是这样的LDO静态电流值和产品整体功耗对比显得还是较小,所以这也是工程师不会太在意这个参数的原因。
 
表2 1117系列LDO芯片参数
工程师忽略了LDO的“QC”参数,导致公司损失惨重
从实例中还可知低功耗产品对电路功耗要求的严格程度,有些模块电路功耗被规定在uA级上,因为如果功能电路功耗过高,也会导致产品达不到功耗标准,而且电池供电产品就容易出现电量不足的情况,毕竟电池的容量是有限的,频繁的更换电池或充电必然会带来很差的用户体验,甚至存在一定安全问题。
 
综上所述,如果低功耗产品在LDO电源芯片的选型时忽略“QC”静态电流的存在,产品的性能就会收到影响,事物是相对的,为了产品的性能我们需要更低静态电流的LDO芯片,而静态电流越小对芯片制造商的工艺挑战就越大,相应的制造成本也会上涨,所以工程师选型时需要综合考虑芯片性能和成本问题。
 
给大家推荐一款安森美制造的极低静态电流的LDO – NCP551,其参数如表3所示,它具有输入电压范围0-20V,输出电流最大能到150mA等性能,是低功耗产品电源芯片的不错选择。为了给工程师更多的选择,如表4所示,表格中是安森美公司制造的低静态电流LDO芯片选型表。
 
表3 NCP551芯片参数
工程师忽略了LDO的“QC”参数,导致公司损失惨重