正確選擇電壓調節器，延長可穿戴設備的電池壽命

分類＼數碼
時間＼2017-03-13

引言

可穿戴設備已經成為電子行業的下一個機會浪潮。如圖1所示，智慧手錶是當今最受歡迎的可穿戴設備。包括醫療、健身和康復在內的醫療保健市場顯現出更大的機遇。

絕大多數可穿戴設備都有許多共同之處。

可穿戴設備必須：

· 隨時就緒

· 體積小、重量輕，易於穿戴

· 可充電或一次性電池提供足夠長的使用時間

· 支援短期工作，大部分時間為空閒或休眠

· 能夠在空閒或休眠模式下持續非常長的時間

這些要求為產品技術提出了更高要求。電池的體積必須越來越小、持續時間越來越長。例如，智慧手機的電池容量為大約2000mAh;而智能手錶的電池體積小得多，

電量低大約10倍，而要求其充電間隔也像其配合的智慧手機一樣，工作相同的時間。這就要求智慧手錶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，並且在工作模式和非工作模式(待機和關斷模式)下的功耗達到最低。

1一切皆為低功耗

傳統的電壓調節器設計重點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，以及技術發展的瓶頸，關注重點正在轉向優化非工作模式下的節能。非工作模式對應於系統的空閒模式(打開但處於待機模式)或休眠模式(系統關斷)。

圖1 可穿戴的生活方式

隨著可穿戴設備的流行，

這種轉變是必然的，因為可穿戴設備大部分時間處於待機模式，只有很少的時間工作。顯而易見，如果空閒和休眠模式佔據大部分時間，那麼在此期間的節能就非常重要。因此，每一毫微安的電流都舉足輕重，因為它能夠延長待機時間，節省寶貴的電池電量。

舉例來說，40mAh、1.55V紐扣電池非常適合為可穿戴設備供電。如果可穿戴設備的耗流為4µA，那麼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，就能將可穿戴設備的存放時間延長大約3個月!考慮到超可攜式裝置中的電壓調節器總耗流中，靜態電流為數10µA，關斷電流為幾µA。我們不難判斷，寄生電流的任何改進都非常有益。

2調節器低關斷電流

為了保障可穿戴設備的電池壽命，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節器技術。MAX1722就是其中之一，這是一款優化用於可穿戴產品的升壓轉換器，

為了最大程度地減小系統休眠模式或穩壓器關斷時的耗流，採用了非常先進的節能技術。關斷模式下，所有調節器控制電路關斷，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)上有數十毫微安的漏流。由於OUT引腳存在電源鏈，該引腳上的漏流較高。

圖2 升壓轉換器靜態/關斷電流

3調節器低靜態電流

系統處於空閒模式時，電壓調節器一般處於待機狀態，可在收到命令時隨時啟動。待機狀態下，電壓調節器驅動的負載很輕，所以其靜態電流就非常重要，對調節器效率有顯著影響。這種狀態下，MAX1722以最小的開銷工作，輸入(圖2中的IQB)上的靜態電流只有幾個毫微安，輸出(IQO)上的靜態電流為幾微安，這是所有控制電路的基準。圖3所示為MAX1722的典型靜態電流，輸出為3.3V時只有1.5µA。該曲線是在環境溫度下測得的。在0至+85°C溫度範圍內，該參數可保證低於3.6µA。因此，憑藉工作模式下的150mA電流以及非工作模式下的超低電流，採用小尺寸2mm x 2mm µDFN封裝的MAX1722是可穿戴設備中供電方案的理想選擇。

圖3 MAX1722升壓轉換器OUT引腳的靜態電流

英文翻譯：

Quiescent current into out vs. Output voltage靜態輸出電流與輸出電壓

Quiescent current 靜態電流

Output voltage 輸出電壓

4總結

我們討論了最大程度降低系統空閒或休眠模式下電壓調節器的靜態和關斷電流的重要性。我們以MAX1722為例，說明這兩個參數降低到比傳統產品低一個或多個數量級時，可大大延長電池壽命。Maxim未來提供的產品將進一步減小調節器尺寸，在非工作模式下進一步將其電路與電池及輸出電容隔離，不斷挑戰極限。進一步減小寄生漏流，避免消耗儲能元件電流，延長系統工作時間。

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