德州仪器克服微型电池供电装置低静态电流的设计挑战

2020-07-09    收藏534
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德州仪器克服微型电池供电装置低静态电流的设计挑战

受益于微型化、Bluetooth 通讯和嵌入式处理的进步,现代助听器具备比以往更多的功能,从串流媒体音乐到能够透过智慧型手机上的应用程式调整声音大小。

然而,实现这些额外的功能是需要付出代价的,现代新兴功能对功率的要求提升。功耗的增加对于设计助听器的工程师来说是一项挑战,主要是因为旧款装置使用一次性锌空气电池(zinc air battery)。这些电池的续航力通常为 2 週。然而,若为助听器添加更多功能,像是自动播放音乐,电池续航力可能会缩短至数小时。因此,在新一代助听器的设计中,工程师选择使用充电式的锂电池。

充电式锂电池透过多种方式增加了电力系统的複杂性,其中最重要的是如何安全且準确地为电池充电。使用两个助听器时仍需额外的设计注意事项,由于左右耳机并无实体连接,无法同时藉由单一缆线对两支耳机进行充电。因此,几乎所有新型助听器现在都配备了具有充电及储存电源功能的盒子。

该盒子为每支耳机设计了特定的插座,以确保正确充电。耳机的充电必须精确,因为充电式助听器通常为 25 mAh-75 mAh,充电盒的範围为 300 mAh-70 0mAh。这表示在盒子需要重新充电之前,耳机的使用时间大约为 24 小时,充电频率约为 10 次。

有了充电盒,助听器设计师现在可以考虑使用 3 种不同的锂电池。一种用于充电盒,而另外两种用于耳机。电池充电器的选择在设计中扮演着重要的角色。

同样要注意的是,利用电池为电池充电(即透过充电盒电池为耳机电池充电)并不像透过墙壁插座充电那幺简单,因为 2 个电池之间的电压差不会差距太大。必须有内部电路来提升充电盒和耳机之间的电压差,以达到完全的充电。在放电的状态下,其电压正缓慢下降。观察下图所示的放电曲线,电池容量约为 50% 时,充电盒电压约为 3.6 V。但这意味着如果没有升压,即使储存在充电盒中的电源足以使它们完全充电,充电盒最高也只能为 3.6 V 的耳机充电。

德州仪器克服微型电池供电装置低静态电流的设计挑战

锂离子电池的电池放电曲线示意图;典型的平均电压为3 .6 V,放电终止电压为 3 V。

这种情况下,大多数工程师会考虑採用离散元件升压(discrete boost)。儘管离散元件升压确实有效,但在电源架构中增加额外升压和电感器零组件会使得解决方案尺寸增加及降低效率。

要克服这些挑战,请考虑具有静态电流支援的可携式充电。例如,德州仪器(TI)的 BQ25619 电池充电器和 BQ25155 线性充电器可支援在没有外部增压情况下的充电需求。在助听器应用中,您可将 BQ25619 置于充电盒中,并将 BQ25155 置于每个耳机内。

除了将充电盒输出升压至 5V,您可透过 BQ25619 的升压功能,提升到所需的最低电压,使得充电盒和耳机电池之间留有足够的压差。电压差的降低,不仅减少了不必要的升压功耗也增加耳机的充电效率。

BQ25155 非常适合耳机应用,因其最小 3.4V 的输入电压可在没有升压的情况下实现更长的充电,43μA 的静态电流可增加电池的运作时间。同时,BQ25619 在运输节电机制下的 7μA 静态电流可大幅地延长充电盒的库存寿命。BQ25619 的 20mA 充电截止电流使其能为小型电池充电,使电池容量增加 7%。

好消息是这些优势不只侷限于助听器,还包括耳塞及可穿戴贴片等,所有双电池装置系统皆可受益于这些技术的创新。TI 在未来的设计中将继续採用双充电器配置,其特色如下:

使用 BQ25619 和 BQ25155,您可在不增加成本或解决方案尺寸的情况下,改善为充电盒充电的次数。

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