正確選擇電壓調(diào)節(jié)器，延長可穿戴設(shè)備的電池壽命

　　引言

　　可穿戴設(shè)備已經(jīng)成為電子行業(yè)的下一個機(jī)會浪潮。如圖1所示，智能手表是當(dāng)今最受歡迎的可穿戴設(shè)備。包括醫(yī)療、健身和康復(fù)在內(nèi)的醫(yī)療保健市場顯現(xiàn)出更大的機(jī)遇。絕大多數(shù)可穿戴設(shè)備都有許多共同之處。

　　可穿戴設(shè)備必須：

　　· 隨時(shí)就緒

　　· 體積小、重量輕，易于穿戴

　　· 可充電或一次性電池提供足夠長的使用時(shí)間

　　· 支持短期工作，大部分時(shí)間為空閑或休眠

　　· 能夠在空閑或休眠模式下持續(xù)非常長的時(shí)間

　　這些要求為產(chǎn)品技術(shù)提出了更高要求。電池的體積必須越來越小、持續(xù)時(shí)間越來越長。例如，智能手機(jī)的電池容量為大約2000mAh;而智能手表的電池體積小得多，電量低大約10倍，而要求其充電間隔也像其配合的智能手機(jī)一樣，工作相同的時(shí)間。這就要求智能手表的電子元器件在性能上取得巨大突破。也就是說，這些器件必須非常小，并且在工作模式和非工作模式(待機(jī)和關(guān)斷模式)下的功耗達(dá)到最低。

　　1一切皆為低功耗

　　傳統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)重點(diǎn)是工作模式下的電源效率，包括輕載、重載到滿載。很小百分比的效率優(yōu)勢即可決定市場的成敗。隨著人們對效率曲線的深入理解，以及技術(shù)發(fā)展的瓶頸，關(guān)注重點(diǎn)正在轉(zhuǎn)向優(yōu)化非工作模式下的節(jié)能。非工作模式對應(yīng)于系統(tǒng)的空閑模式(打開但處于待機(jī)模式)或休眠模式(系統(tǒng)關(guān)斷)。

　　圖1 可穿戴的生活方式

　　隨著可穿戴設(shè)備的流行，這種轉(zhuǎn)變是必然的，因?yàn)榭纱┐髟O(shè)備大部分時(shí)間處于待機(jī)模式，只有很少的時(shí)間工作。顯而易見，如果空閑和休眠模式占據(jù)大部分時(shí)間，那么在此期間的節(jié)能就非常重要。因此，每一毫微安的電流都舉足輕重，因?yàn)樗軌蜓娱L待機(jī)時(shí)間，節(jié)省寶貴的電池電量。

　　舉例來說，40mAh、1.55V紐扣電池非常適合為可穿戴設(shè)備供電。如果可穿戴設(shè)備的耗流為4μA，那么電池在電量耗盡之前的存放壽命大約為1年。如果耗流降低1μA，就能將可穿戴設(shè)備的存放時(shí)間延長大約3個月!考慮到超便攜設(shè)備中的電壓調(diào)節(jié)器總耗流中，靜態(tài)電流為數(shù)10μA，關(guān)斷電流為幾μA。我們不難判斷，寄生電流的任何改進(jìn)都非常有益。

　　2調(diào)節(jié)器低關(guān)斷電流

　　為了保障可穿戴設(shè)備的電池壽命，我們必須考察在非工作模式下具有超低電流的全新電壓調(diào)節(jié)器技術(shù)。MAX1722就是其中之一，這是一款優(yōu)化用于可穿戴產(chǎn)品的升壓轉(zhuǎn)換器，為了最大程度地減小系統(tǒng)休眠模式或穩(wěn)壓器關(guān)斷時(shí)的耗流，采用了非常先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)。關(guān)斷模式下，所有調(diào)節(jié)器控制電路關(guān)斷，只有不可避免的寄生漏流，最大程度地減小了電池及輸出電容的放電。BATT引腳(圖2中的ILB)上有幾毫微安的漏流，OUT引腳(ILO)上有數(shù)十毫微安的漏流。由于OUT引腳存在電源鏈，該引腳上的漏流較高。

　　圖2 升壓轉(zhuǎn)換器靜態(tài)/關(guān)斷電流

　　3調(diào)節(jié)器低靜態(tài)電流

　　系統(tǒng)處于空閑模式時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器一般處于待機(jī)狀態(tài)，可在收到命令時(shí)隨時(shí)激活。待機(jī)狀態(tài)下，電壓調(diào)節(jié)器驅(qū)動的負(fù)載很輕，所以其靜態(tài)電流就非常重要，對調(diào)節(jié)器效率有顯著影響。這種狀態(tài)下，MAX1722以最小的開銷工作，輸入(圖2中的IQB)上的靜態(tài)電流只有幾個毫微安，輸出(IQO)上的靜態(tài)電流為幾微安，這是所有控制電路的基準(zhǔn)。圖3所示為MAX1722的典型靜態(tài)電流，輸出為3.3V時(shí)只有1.5μA。該曲線是在環(huán)境溫度下測得的。在0至+85°C溫度范圍內(nèi)，該參數(shù)可保證低于3.6μA。因此，憑借工作模式下的150mA電流以及非工作模式下的超低電流，采用小尺寸2mm x 2mm μDFN封裝的MAX1722是可穿戴設(shè)備中供電方案的理想選擇。

　　圖3 MAX1722升壓轉(zhuǎn)換器OUT引腳的靜態(tài)電流

　　英文翻譯：

　　Quiescent current into out vs. Output voltage靜態(tài)輸出電流與輸出電壓

　　Quiescent current 靜態(tài)電流

　　Output voltage 輸出電壓

　　4總結(jié)

　　我們討論了最大程度降低系統(tǒng)空閑或休眠模式下電壓調(diào)節(jié)器的靜態(tài)和關(guān)斷電流的重要性。我們以MAX1722為例，說明這兩個參數(shù)降低到比傳統(tǒng)產(chǎn)品低一個或多個數(shù)量級時(shí)，可大大延長電池壽命。Maxim未來提供的產(chǎn)品將進(jìn)一步減小調(diào)節(jié)器尺寸，在非工作模式下進(jìn)一步將其電路與電池及輸出電容隔離，不斷挑戰(zhàn)極限。進(jìn)一步減小寄生漏流，避免消耗儲能元件電流，延長系統(tǒng)工作時(shí)間。

       作者：Nazzareno (Reno) Rossetti，Meng He Maxim公司