1. 背景介绍
在测量超低静态电流(IQ)设备的效率时,常见的误差来源于实验设置。对于静态电流小于1 µA的设备,测量电流非常小,可能导致测得的轻负载效率低于数据手册中提供的效率值,甚至低于实际应用中的效率值。本文介绍了如何通过改进测量设置,克服这些问题,从而获得准确的效率数据。
2. 测量效率的基本原理
效率定义为:
正确的测量效率需要避免在测试过程中引入不必要的误差。测量中常见的误差源包括电压表和电流表的引入电流、输入电容的泄漏电流等。对于超低IQ设备,这些误差源会对轻负载效率造成显著影响。
3. 测量设置问题
输入电压表的输入电阻:常见的数字万用表(如Fluke万用表)具有10 MΩ的输入电阻,这会引入小量的电流(例如,在3.6V下为0.36 µA),从而影响输入电流的测量。若测试的是低IQ设备(如TPS62740,IQ为360 nA),这个漏电流可能达到输入电流的一半,导致测量效率偏低。
输出电压表的额外负载电流:输出电压表同样会引入电流,增加了输入电流,进而导致测量效率偏低。
输入电容的泄漏电流:用来平滑输入电流的电容,如果选择不当,可能存在较大的泄漏电流,影响输入电流的测量,从而降低效率计算的准确性。
4. 测量问题的解决方案
为了解决以上问题,采取以下几种方法:
避免使用有较大漏电流的电压表:使用高品质、低漏电流的电压表。对于Fluke万用表,漏电流为360 nA,可以考虑采用更低漏电流的仪器,如Agilent 34410A万用表。
移位电压表连接位置:在输入电压表和电流表之间增加电压表,避免电压表漏电流影响测量结果。
补偿电压表漏电流:可以使用额外的电流表来测量电压表的漏电流,然后从总电流中减去该漏电流,从而获得更准确的效率数据。
选择低漏电流的电容:建议选择X5R或X7R介质的陶瓷电容,这些电容具有较低的漏电流,适合超低功耗设备的效率测试。
5. 实验结果
图3比较了不同测试设置下的效率测量结果。正确的测试设置使用了100 µF的陶瓷输入电容,并补偿了电压表的漏电流。测试结果显示,在不考虑漏电流时,效率数据较低,且随着测试设置的错误增多,效率测量误差也逐步加大。
6. 其他注意事项
远程感应线的影响:在测量过程中,远程感应线可能会引入额外的电流,从而影响效率测量结果。应将远程感应线连接到输入电流表之前,而不是之后,以减少误差。
反馈电阻的影响:外部反馈电阻可能会引入额外的电流,导致效率下降。因此,建议使用内部反馈电阻,以减小外部噪声对效率的影响。
7. 结论
超低IQ设备的效率测量挑战在于电流非常小,且容易受到测量设备的影响。通过合理的测量设置、减少设备的漏电流,可以有效提高效率测量的准确性。了解并解决这些问题对于确保实际应用中的效率表现至关重要。