適合電池長期工作的常見電源配置

生活中使用干電池的電器設(shè)備有很多，此外還有許多小型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、安全設(shè)備和工業(yè)機(jī)器傳感器也都使用一次電池工作，并需要長期運(yùn)作。

因此，在為傳感器、MCU、無線通信功能提供超低功耗、高效率的電源的同時，電池控制、監(jiān)控也變得重要。

本文將舉例說明適合電池長期工作的常見電源配置，以及具有附加功能的解決方案，以降低運(yùn)輸和非使用期間的功耗。

電路框圖(a)

電路框圖(b)

備注：關(guān)于鋰一次電池

3.0V是二氧化錳型 / 3.6V是亞硫酰氯型

解決方案概要

電路框圖(a)是可將MCU直接連接到電池的情況。簡單的IoT/安保/可穿戴/醫(yī)療的小型設(shè)備多為這種結(jié)構(gòu)。

近年來，在1.8V～3.8V的大范圍內(nèi)工作的MCU越來越多。這種情況下，無需使用電源IC，即可直接連接到電池使用。

關(guān)于升壓IC

對此，RF和傳感器需要3.3V的固定電壓，即使工作電壓較寬，為了滿足規(guī)格要求，也需要超過一定的電壓，即需要升壓IC。

RF和傳感器不會一直工作，有時RF也會每天通信一次，而且是幾秒鐘。

此外，即使看起來像一直在工作，其實(shí)有很多情況是通過細(xì)致地ON/OFF控制降低電流消耗，延長電池壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述工作，在需要時，MCU將對RF和傳感器的工作進(jìn)行ON/OFF控制。

此外停止時，不僅會停止RF和傳感器的功能，還會使升壓IC及穩(wěn)壓器停止工作，以確保延長電池壽命。

PWM固定型適用于抑制工作時的紋波，使其噪聲頻率恒定。

如果輕載的工作狀態(tài)存在，則使用PWM/PFM轉(zhuǎn)換（自動切換工作模式）型。此外，線圈一體型適用于抑制EMI，并使其小型化。

升壓 DC/DC

XCL102: PWM, 線圈一體型

XCL103: PWM/PFM, 線圈一體型

XC9141: PWM, 外置線圈

XC9142: PWM/PFM, 外置線圈

關(guān)于LDO

為了使RF和傳感器的電源噪聲更低，有時會在升壓IC的后級使用穩(wěn)壓器。

具有高紋波抑制比/低噪聲并且良好的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)特性的高速LDO最適合于消耗電流的陡峭變化的RF部位。此外，傳感器用途中100kHz以上的噪聲重要的情況下，也有高頻噪聲低的低消耗型比高速型更適合的情況。

穩(wěn)壓器

XC6233: 高速
XC6215: 低消耗

關(guān)于RESET IC

監(jiān)視電池電壓，電壓下降時，向MCU發(fā)送信號。使用超低消耗型，抑制對電池的負(fù)擔(dān)。

MCU的電源電壓與被監(jiān)測的電壓相同，所以可使用CMOS輸出型。CMOS輸出型無需上拉電阻，不會有流過上拉電阻的消耗電流，也減少元件數(shù)量，

N溝開漏產(chǎn)品在電池電壓下降時輸出“L”時，使用的上拉電阻會有電流流過，消耗電流會增加，會影響電池壽命。

MCU中也有UVLO和A/D轉(zhuǎn)換器等能監(jiān)控電壓的產(chǎn)品，作為低消耗電壓監(jiān)控和功能安全，MCU外部需要監(jiān)控功能時，電壓檢測器很有用。

電壓檢測器

XC6136 C型 : Iq~100nA（C型 : CMOS輸出）

關(guān)于提高電池壽命的解決方案 / Push Button Load SW

電路框圖(b)是一種通過添加Push Button負(fù)載開關(guān)，增加功能并顯著提高電池壽命的解決方案。

為了共享MCU控制和按鈕控制，開關(guān)引腳右側(cè)的SBD和MCU的VDD的上拉電阻是需要的。

Push Button 負(fù)載開關(guān)

XC6194: 1A SW內(nèi)置
XC6193: 支持外置Pch驅(qū)動大電流

本解決方案具有以下很大的優(yōu)點(diǎn)。

1、防止從產(chǎn)品出貨到開始使用的電池放電

被稱為“Storage模式”、“Ship模式”。 適用于不能拆卸電池的設(shè)備。此時的消耗電流幾乎為0。

通過按下按鈕，即可開始使用。當(dāng)然，可與此IC共用MCU控制用的按鈕。

2、可用作主電源ON-OFF開關(guān)

可用按鈕代替機(jī)械開關(guān)進(jìn)行ON-OFF。例如，適用于防水設(shè)備。

MCU可向SHDN引腳發(fā)送信號，并關(guān)閉Push Button負(fù)載開關(guān)。此外，我們還準(zhǔn)備了可通過長按按鈕關(guān)閉Push Button負(fù)載開關(guān)的類型。

3、解除死機(jī)

設(shè)備死機(jī)等異常時，可有效利用長按按鈕的OFF功能。選擇長達(dá)5秒或10秒的類型減少誤操作而關(guān)閉的可能性，適用于死機(jī)對策。關(guān)閉后，再次按下按鈕即可使之正常啟動。

并且Push Button負(fù)載開關(guān)作為對電池有益的功能，具有以下特點(diǎn)。

浪涌電流保護(hù)功能可降低啟動時的浪涌電流。
啟動完成后有PG引腳輸出可起動使下一級電源IC和MCU工作。

1.2V UVLO功能讓Push botton負(fù)載開關(guān)進(jìn)入Shutdown狀態(tài)，有防止電池漏液的效果。

VOUT大幅下降時，通過輸出短路保護(hù)功能進(jìn)行Shutdown保護(hù)

如上所述，即使是以直接連接到電池工作的MCU為核心的簡單的器件，稍微花點(diǎn)功夫也可進(jìn)一步提高電池壽命，滿足更緊湊和更高靈敏度的要求。

關(guān)于特瑞仕半導(dǎo)體株式會社

特瑞仕半導(dǎo)體株式會社(總公司：東京、東證第一部: 6616)從 1995年設(shè)立以來，作為國內(nèi)唯一的模擬電源IC的專業(yè)廠家，以「Powerfully Small」為產(chǎn)品制造追求的目標(biāo)，提供增加客戶產(chǎn)品的附加值的世界最小級的高效率模擬電源IC以及可以加快客戶產(chǎn)品開發(fā)的電源設(shè)計方案。

特瑞仕的產(chǎn)品以國內(nèi)為首，通過海外6家分公司7處銷售點(diǎn)銷往世界各地，被廣泛用于工業(yè)機(jī)器，汽車用品，通信，電腦產(chǎn)品，穿戴電子等市場。