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攻克小型电池供电器件中低静态电流的设计挑战

时间:2019-09-10 作者:德州仪器TI 阅读:
得益于小型化、Bluetooth®通信和嵌入式处理方面的进步,现代助听器具有比以往更多的功能,从流媒体音乐到能够通过智能手机上的应用程序调节听力放大。

得益于小型化、Bluetooth®通信和嵌入式处理方面的进步,现代助听器具有比以往更多的功能,从流媒体音乐到能够通过智能手机上的应用程序调节听力放大。8ZQednc

然而,要实现这些增强的功能需要付出代价:现代功能需要更多功率。功耗的增加对于设计助听器的工程师来说是一项挑战,主要是因为旧版本使用一次性锌空气电池。如图1所示,这些电池的续航能力通常约为两周。但当为助听器添加更多功能时,例如让它们能够播放音乐,电池续航时间可能会缩短到小时。因此,工程师在下一代助听器设计中使用可充电锂电池(图2)。8ZQednc

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图1:使用替换电池的传统助听器8ZQednc
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图2:具有小巧的外形和智能手机连接的下一代助听器8ZQednc

可充电锂电池以多种方式增加了电力系统的复杂性,最重要的是如何安全准确地为电池充电。使用两个助听器时还有额外的设计注意事项。因为左右耳机没有物理连接,所以无法同时通过单根电缆对其进行充电。因此,几乎所有新型助听器现在都配备了具有充电和储电功能的盒子。8ZQednc

该盒子为每个耳机设计了特定的插孔,以确保正确的充电。耳机的充电必须精确,因为可充电助听器通常为25 mAh-75 mAh,充电盒的范围为300 mAh -70 0mAh。这意味着,在盒子需要重新充电之前,耳机的使用时间大约为24小时,充电周期大约为10次。8ZQednc

有了充电盒,助听器设计师现在可考虑使用三种不同的锂电池:一种用于充电盒,另外两种用于耳机。电池充电器的选择在设计中起着重要作用。8ZQednc

同样要注意的是,通过电池为电池充电(即,通过充电盒电池为耳机电池充电)并不像通过墙壁插座充电那么简单,因为两个电池之间的电压差不会很大。必须有内部电路来增强充电盒和耳机之间的电压差,以实现完全充电。随着电池放电,其电压正在缓慢下降。观察图3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,充电盒只能为最高3.6 V的耳机充电,即使存储在充电盒中的能量足以使它们完全充电。8ZQednc

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图3:锂离子电池的电池放电曲线样本;典型的平均点电压为3.6 V,放电终止电压为3 V(来源:“可充电电池的特性”)8ZQednc

这种情况下,大多数工程师会考虑谨慎升压。虽然谨慎升压确实有效,但它通常会通过在电源架构中增加额外升压和电感器组件来增加解决方案尺寸和低效率。8ZQednc

要攻克这些挑战,请考虑静态电流支持的便携充电。例如,TI的BQ25619电池充电器和BQ25155线性充电器支持在没有外部增压的情况下充电。在助听器应用中,您可将BQ25619置于充电盒中,将BQ25155置于每个耳机内。8ZQednc

而且,并非总需要将充电盒输出升压至5V,通过使用BQ25619的升压功能,可以增强到所需的最低电压,以便在充电盒和耳机电池之间留出足够的净空高度。这减少了不必要的升压功率损失且还增加了耳机充电效率,因为降低了电压差。8ZQednc

BQ25155非常适用于耳机,因为它的最小3.4V输入电压可在没有升压的情况下实现更长的充电,其43μA的静态电流可增加电池的运行时间。同时,BQ25619在出厂模式下的7μA静态电流可最大限度地延长充电盒的使用寿命。BQ25619的20mA充电终止电流使其能够为小型电池充电,容量增加7%。8ZQednc

好消息是这些优势不仅只局限于助听器:包括耳塞和可穿戴贴片等所有双电池器件系统都可从这些创新中受益。TI将在未来的设计中将继续采用双充电器配置,其特点如下:8ZQednc

·         为耳机和充电盒提供更高效的充电,同时提供电池监控和保护,并通过集成升压减少总物料清单。8ZQednc

·         只需要一条通信线路就可以减少耳机和充电盒的引脚数。8ZQednc

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可从充电盒中提取的充电周期数。8ZQednc

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