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攻克小型電池供電器件中低靜態(tài)電流的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

本文作者：德州儀器點(diǎn)擊： 2019-09-09 11:55

前言：

得益于小型化、Bluetooth®通信和嵌入式處理方面的進(jìn)步，現(xiàn)代助聽器具有比以往更多的功能，從流媒體音樂到能夠通過智能手機(jī)上的應(yīng)用程序調(diào)節(jié)聽力放大。

然而，要實(shí)現(xiàn)這些增強(qiáng)的功能需要付出代價(jià)：現(xiàn)代功能需要更多功率。功耗的增加對(duì)于設(shè)計(jì)助聽器的工程師來說是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，主要是因?yàn)榕f版本使用一次性鋅空氣電池。如圖1所示，這些電池的續(xù)航能力通常約為兩周。但當(dāng)為助聽器添加更多功能時(shí)，例如讓它們能夠播放音樂，電池續(xù)航時(shí)間可能會(huì)縮短到小時(shí)。因此，工程師在下一代助聽器設(shè)計(jì)中使用可充電鋰電池（圖2）。

圖1：使用替換電池的傳統(tǒng)助聽器

圖2：具有小巧的外形和智能手機(jī)連接的下一代助聽器

可充電鋰電池以多種方式增加了電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，最重要的是如何安全準(zhǔn)確地為電池充電。使用兩個(gè)助聽器時(shí)還有額外的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。因?yàn)樽笥叶鷻C(jī)沒有物理連接，所以無法同時(shí)通過單根電纜對(duì)其進(jìn)行充電。因此，幾乎所有新型助聽器現(xiàn)在都配備了具有充電和儲(chǔ)電功能的盒子。

該盒子為每個(gè)耳機(jī)設(shè)計(jì)了特定的插孔，以確保正確的充電。耳機(jī)的充電必須精確，因?yàn)榭沙潆娭犉魍ǔ?5 mAh-75 mAh，充電盒的范圍為300 mAh -70 0mAh。這意味著，在盒子需要重新充電之前，耳機(jī)的使用時(shí)間大約為24小時(shí)，充電周期大約為10次。

有了充電盒，助聽器設(shè)計(jì)師現(xiàn)在可考慮使用三種不同的鋰電池：一種用于充電盒，另外兩種用于耳機(jī)。電池充電器的選擇在設(shè)計(jì)中起著重要作用。

同樣要注意的是，通過電池為電池充電（即，通過充電盒電池為耳機(jī)電池充電）并不像通過墻壁插座充電那么簡單，因?yàn)閮蓚€(gè)電池之間的電壓差不會(huì)很大。必須有內(nèi)部電路來增強(qiáng)充電盒和耳機(jī)之間的電壓差，以實(shí)現(xiàn)完全充電。隨著電池放電，其電壓正在緩慢下降。觀察圖3所示的放電曲線，電池容量約為50%時(shí)，充電盒電壓約為3.6 V。但這意味著如果沒有升壓，充電盒只能為最高3.6 V的耳機(jī)充電，即使存儲(chǔ)在充電盒中的能量足以使它們完全充電。

圖3：鋰離子電池的電池放電曲線樣本；典型的平均點(diǎn)電壓為3.6 V，放電終止電壓為3 V（來源：“可充電電池的特性”)

這種情況下，大多數(shù)工程師會(huì)考慮謹(jǐn)慎升壓。雖然謹(jǐn)慎升壓確實(shí)有效，但它通常會(huì)通過在電源架構(gòu)中增加額外升壓和電感器組件來增加解決方案尺寸和低效率。

要攻克這些挑戰(zhàn)，請(qǐng)考慮靜態(tài)電流支持的便攜充電。例如，TI的BQ25619電池充電器和BQ25155線性充電器支持在沒有外部增壓的情況下充電。在助聽器應(yīng)用中，您可將BQ25619置于充電盒中，將BQ25155置于每個(gè)耳機(jī)內(nèi)。

而且，并非總需要將充電盒輸出升壓至5V，通過使用BQ25619的升壓功能，可以增強(qiáng)到所需的最低電壓，以便在充電盒和耳機(jī)電池之間留出足夠的凈空高度。這減少了不必要的升壓功率損失且還增加了耳機(jī)充電效率，因?yàn)榻档土穗妷翰睢?/span>

BQ25155非常適用于耳機(jī)，因?yàn)樗淖钚?.4V輸入電壓可在沒有升壓的情況下實(shí)現(xiàn)更長的充電，其43μA的靜態(tài)電流可增加電池的運(yùn)行時(shí)間。同時(shí)，BQ25619在出廠模式下的7μA靜態(tài)電流可最大限度地延長充電盒的使用壽命。BQ25619的20mA充電終止電流使其能夠?yàn)樾⌒碗姵爻潆姡萘吭黾?%。

好消息是這些優(yōu)勢(shì)不僅只局限于助聽器：包括耳塞和可穿戴貼片等所有雙電池器件系統(tǒng)都可從這些創(chuàng)新中受益。TI將在未來的設(shè)計(jì)中將繼續(xù)采用雙充電器配置，其特點(diǎn)如下：
• 為耳機(jī)和充電盒提供更高效的充電，同時(shí)提供電池監(jiān)控和保護(hù)，并通過集成升壓減少總物料清單。
• 只需要一條通信線路就可以減少耳機(jī)和充電盒的引腳數(shù)。

使用BQ25619和BQ25155，您可在不增加成本或解決方案尺寸的情況下改善可從充電盒中提取的充電周期數(shù)。

其它資源
• 請(qǐng)參閱以下應(yīng)用報(bào)告：“動(dòng)態(tài)電源路徑管理和動(dòng)態(tài)電源管理”

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