電子基礎：如何降低電路中的功耗？

如何降低電路中的功耗？我們知道，如果沒有足夠的電流和電壓，電路就無法正常運行。但是，通過電路傳遞過多的電流或電壓可能會損壞電路以及任何連接的組件。

因此，設計人員必須注意電路消耗的功率。在保證電路正常運行的同時，通過電器的電量較少，則電路的使用壽命自然會更長并且不易損壞。然而，開發人員必須在功能與功率之間取得平衡，并在計算中考慮到整個電子項目。

那么，如何降低電路中的功耗呢？電子產品開發人員經常努力通過各種方法來降低電路功耗，但是，第一步是了解什么是功耗以及為什么降低功耗如此重要。

一、不良的電路功耗

簡單來說，功耗是電壓乘以電流的乘積，以瓦特表示。電路需要一些功耗才能正常工作，但并非所有功耗都是可取的。電路中應盡量減少兩種不同類型的功耗：動態和靜態。

二、降低動態和靜態功耗

當電路短路或涉及開關操作時會發生動態功耗。靜態功耗發生在電流流動期間，當電路上沒有活動時或電流泄漏期間。

設計人員還必須注意由電源紋波引起的消耗峰值，這可能會以意想不到的方式破壞電路。高靜態或動態功耗會產生熱量，如果不加以控制，可能會使組件不堪重負。盡管散熱器等組件可以減輕高溫的影響，但高功耗產生的熱量仍然會給電路及其周圍組件帶來不必要的壓力。

三、降低功耗的重要性

隨著電子產品變得越來越小和移動設備變得越來越普遍，最小化電路中的功耗對于現代世界變得越來越重要。降低功耗對于延長便攜式設備的電池壽命以及使機器之間的連接更節能至關重要。最新一代的電源USB標準通過降低功耗來提高效率，而不會犧牲性能。低功耗標準適用于單個USB端口和具有多個單獨連接的USB集線器。

降低電路功耗很重要有兩個主要原因。首先是功能性，因為電路中意外的功率增益或損耗會降低效率或產生不必要的熱量。第二個是成本，因為消耗較少功率的電子設備在運行和維護方面更具成本效益。

四、如何降低電路中的功耗？

電子項目中的每個組件都會影響該項目的功耗。單個組件具有功耗容差，并且通過許多組件的功率累積效應會對整個項目產生進一步的影響。

（1）使用低功耗設計

我們可以通過使用各種因素來平衡組件內部和組件之間的功耗。這些因素可能包括電路活動、電流頻率、轉換時間、容性負載、電壓、漏電流和峰值電流。將這些因素中的每一個都最小化通常是不現實的，但是開發人員必須意識到這些特性，以權衡優化電路。

（2）改變閾值電壓

另一個降低電路功耗的重要策略是改變組件內的閾值電壓，具體取決于這些組件的運行模式。器件處于待機或關閉狀態時的高閾值電壓可以最大限度地減少泄漏電流，從而降低靜態功耗。設備運行時的低閾值電壓可提高性能并最大限度地減少毛刺，從而降低動態功耗。設計人員可以通過電路控制閾值電壓，并使用穩壓器在整個項目的其余部分保持穩定的電壓。

（3）串聯堆疊晶體管

降低電路功耗的另一種策略是串聯堆疊晶體管。在關閉狀態下連接在一起的兩個晶體管比單個晶體管泄漏更少的電流。一種類似的方法，如使用一個晶體管來控制另一個晶體管的輸入柵極，通過增加電阻來減少泄漏。無論晶體管是開還是關，這種方法都有效。這兩種方法都降低了靜態功耗。

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