Power-Tipp Drei wichtige Aspekte zur Ruhestromaufnahme

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Die Ruhestromaufnahme entscheidet darüber, wie lange die Batterie eines Gerätes hält. In diesem Zusammenhang sind drei Aspekte relevant: Der Shutdown-Strom und der Ruhestrom im schaltendem sowie im nichtschaltendem Zustand. Einige Überlegungen dazu.

Bei der Ruhestromaufnahme (Quiescent Current, I_Q) handelt es sich um den Strom, den ein IC im aktiven Zustand ohne Last und ohne zu schalten aufnimmt. Wenn dieser Strom einer Batterie entnommen wird, entscheidet er mit darüber, wie lange die Batterie hält. Befindet sich das betreffende System lange im Standby- oder Sleep-Modus, kann ein Abwärtswandler wie der TPS62840 (I_Q = 60 nA) Smart Metern eine Batterielebensdauer von bis zu zehn Jahren verleihen.

Im Zusammenhang mit I_Q sind drei Aspekte relevant, nämlich der Shutdown-Strom sowie die I_Q-Werte im schaltenden und im nicht schaltenden Zustand. Der Shutdown-Strom wird gemessen, während der IC abgeschaltet oder deaktiviert ist. Der I_Q-Wert im nicht schaltenden Zustand ist keineswegs null, denn es kommt bei einigen ICs auch im deaktivierten Zustand zu kleinen Leckströmen.

Dass ein soeben gekauftes elektronisches Gerät aufgrund eines leeren Akkus nicht sofort funktioniert, kann an den Shutdown-Strömen der ICs liegen (siehe das Datenblatt in Bild 1).

Einige ICs besitzen verschiedene Shutdown-Modi, in denen jeweils nur ein sehr begrenzter Teil der Funktionen aktiv bleibt, um die Ruhestromaufnahme zu senken. Im Fall des Akkulade-Chips BQ25120 etwa wird die Stromaufnahme von 700 nA im High-Impedance-Modus auf 2 nA im Ship-Modus abgesenkt, was einer Reduktion um den Faktor 350 entspricht.

Ruhestrom im nichtschaltenden Zustand

Der I_Q-Wert eines IC im nicht schaltenden Zustand bezieht sich auf die Phasen zwischen den Schaltimpulsen und ohne Last. Da er sich in der Produktion problemlos messen lässt, findet man ihn in den Datenblättern der meisten DC/DC-Schaltwandler.

Auch wenn der „Non-Switching I_Q“ gerechte Vergleiche zwischen verschiedenen ICs ermöglicht, eignet er sich nicht zum Abschätzen der Batterielebensdauer. Viele ICs ziehen ihren I_Q nämlich aus der Eingangs- und der Ausgangsspannung, wobei letztere auch aus der eingangsseitigen Batterie entnommen wird. Es sind also zusätzliche Umwandlungen oder Messungen nötig, um einen äquivalenten I_Q-Wert aus der Eingangsquelle zu bekommen – einfaches Addieren beider Werte reicht nicht.

Obwohl etwa der Aufwärtswandler TPS61099 400 nA aus der Eingangsspannung U_IN und 600 nA aus der Ausgangsspannung U_OUT zieht, beträgt der „No Load“-Eingangsstrom nicht 1 µA, sondern rund 1,3 µA.

Ruhestrom im schaltenden Zustand

Der I_Q-Wert im schaltenden Zustand wird auch als Betriebs-I_Q, Standby-Strom, Sleep-Strom, „No Load“-Eingangsstrom oder Massestrom (bei LDOs) bezeichnet. Es handelt sich bei ihm um den real gemessenen Eingangsstrom des in Betrieb befindlichen IC, ohne dass eine Last angesteuert wird. Da die Messung unter Praxisbedingungen erfolgt, schaltet der IC gelegentlich. Dieser Wert liefert die beste Aussage über die Stromentnahme aus der Batterie und ist in vielen Datenblättern angegeben (Bild 2).

Bei einem zu hohen „Switching I_Q“ wird zu viel Batteriekapazität vergeudet, wenn die betreffende Anwendung lange Zeit im Wartezustand verbringt.

* Chris Glaser ist Senior Applications Engineer in der Gruppe „Low Power DC/DC“ bei Texas Instruments in Dallas / USA.

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