貼片形式的醫療監測設備可測量體溫、監測心率以及輸送胰島素。此類設備在提供給病人之前,可能會在儲藏室存放較長一段時間。因此,保持其功效的關鍵就在于較長的電池壽命。一系列其他的物聯網(IoT)設備亦是如此,包括從智能手表和耳塞式耳機到視頻游戲控制器、電表以及樓宇自動化系統。對于此類小尺寸、電池供電的系統,就必須掌握通過低靜態電流延長電池壽命的設計奧秘了。
IQ降低1微安,壽命延長三個月
對于一個普通的兩口之家,各種設備中所使用的電池可能有30到60塊,其中每種設備都具有各自獨特的耗能模式。電池壽命一般是根據中央控制單元(例如微控制器)在工作、睡眠和休眠模式下的電流計算的。相關的傳感器和無線電也與微控制器一起工作。電源通常包括開關或低壓差(LDO)調節器,有時也包含IC (PMIC)——這對于系統各功能模塊的供電至關重要。工作模式的電流消耗當然對電池壽命的影響非常大,但是待機電流同樣影響巨大,尤其是當設備的睡眠/休眠功能占據了大部分使用時間的情況下。睡眠/休眠期間,電源的靜態電流是系統待機功耗的最大貢獻者。舉例來說,如果某個系統由一個40mAh、1.55V、1年使用期限的氧化銀紐扣電池供電,電流消耗大約為4μA。此時,該電流只需降低1微安,可穿戴設備的使用壽命即可延長大約三個月。
想要延長設備的電池壽命,設計者至少需要掌握利用低功耗微控制器、傳感器、無線電和高功率電源等組件進行設計的技巧。運用高效電源管理技巧來平衡電池的容量與尺寸也是至關重要的,特別是當設計越來越趨向小型和輕量化時。此外,當電池電壓下降到較低水平時,選擇正確的升壓轉換器——輸出電壓高于源電壓的DC-DC轉換器可有效延長電池壽命。想要確保為電池供電設計選擇正確的升壓轉換器,需要考慮以下因素:
靜態電流:越低的靜態電流越有利于延長系統待機模式下的電池壽命。
真關斷模式:關斷時將電流輸出與輸入阻塞,提高效率、延長產品保存期限。
輸入電壓范圍:允許利用幾乎耗盡的電池進行工作。
效率:測量VIN、VOUT和IOUT,百分比越高,越有利于延長電池壽命(uA水平的理想效率為大于90%)。
nanoPower — 靜態電流僅為300nA
Maxim現在提供全新DC-DC升壓轉換器產品家族,可理想用于需要較長電池壽命的電池供電應用。這些轉換器提供超低靜態電流(300nA)和真關斷(True Shutdown?)技術,輸出與輸入斷開時沒有正向和反向電流。其中,MAX17222的峰值電感限流為0.5A。輸出電壓可選擇使用一個1%的標準電阻。電路采用0.88 x 1.4mm2、6焊球WLP封裝和6引腳uDFN封裝,整個負載范圍內的峰值效率高達95%。
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