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可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)者——包括智能手表、健身追蹤器、心臟監(jiān)測(cè)器和許多其他設(shè)備——一直在努力尋找延長(zhǎng)電池壽命的方法，以提高用戶的便利性。然而，盡管在設(shè)計(jì)和功能方面取得了所有進(jìn)步，但可穿戴設(shè)備通常需要頻繁充電。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)可穿戴設(shè)備都使用為平板電腦等大型設(shè)備設(shè)計(jì)的相同負(fù)載開(kāi)關(guān)，這些設(shè)備的電池容量比可穿戴設(shè)備大得多，而且電池耗盡的漏電流和導(dǎo)通電阻不太重要。
為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，新型超低漏電流負(fù)載開(kāi)關(guān)正在為可穿戴設(shè)備的高效電源管理設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)使用先進(jìn)的負(fù)載開(kāi)關(guān)，可以顯著提高效率。這些節(jié)省將轉(zhuǎn)化為更小的電池或更長(zhǎng)的電池壽命，并使可穿戴產(chǎn)品在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中脫穎而出。
可穿戴設(shè)備中的電池效率
在可穿戴產(chǎn)品中，負(fù)載開(kāi)關(guān)以最小的占用空間和幾乎為零的漏電流和/或?qū)娮鑸?zhí)行基本的電池管理任務(wù)。然而，用于筆記本電腦和平板電腦的 IC 負(fù)載開(kāi)關(guān)根本無(wú)法滿足這些需求。
一個(gè)典型的可穿戴應(yīng)用示例(圖 1)包括多個(gè)環(huán)境傳感器、GPS、顯示器、內(nèi)存、無(wú)線連接和一個(gè)快速、功能豐富的微控制器 (MCU)。為了延長(zhǎng)電池壽命，該電路包括多個(gè)負(fù)載開(kāi)關(guān)，用于按順序打開(kāi)設(shè)備或?qū)⒃O(shè)備置于“睡眠”模式并根據(jù)需要關(guān)閉功能。
在這方面，框圖中顯示的示例與典型的手持平板電腦或移動(dòng)電話的示例沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。不同之處在于這些設(shè)備的尺寸和性能。
圖 1：新型高性能負(fù)載開(kāi)關(guān)可以延長(zhǎng)可穿戴電池的使用壽命數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天。
可穿戴設(shè)備中使用的許多功能設(shè)備(包括連接、傳感和 MCU)都帶有省電模式，這些模式為開(kāi)發(fā)人員提供了一種低功耗控制的錯(cuò)誤感覺(jué)。表 1 顯示了典型的 IC 和模塊組合消耗的低功耗模式電流示例。
表 1：典型的低端可穿戴功能及其消耗的功率。
表 2 描述了高性能應(yīng)用所需的其他功能的電流消耗。再加上 MCU/APU 等設(shè)備，待機(jī)電流真的可以加起來(lái)。所有必需的功能都可以將設(shè)備變成“電源怪物”。
表 2：不提供所需低待機(jī)電流的典型器件。
選擇負(fù)載開(kāi)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)
可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)者需要考慮負(fù)載開(kāi)關(guān)的選擇標(biāo)準(zhǔn)。以下是比較可用設(shè)備性能的示例。
大部分打開(kāi)與大部分關(guān)閉取決于子系統(tǒng)是打開(kāi)還是關(guān)閉，負(fù)載開(kāi)關(guān)的不同參數(shù)變得很重要。大多數(shù)開(kāi)關(guān)都針對(duì)一種情況進(jìn)行了優(yōu)化，但沒(méi)有針對(duì)兩種情況進(jìn)行優(yōu)化。
在“大部分關(guān)閉”子系統(tǒng)的情況下，電流待機(jī) I SD (待機(jī)電流泄漏)成為需要考慮的最重要參數(shù)。市場(chǎng)上最好的器件遠(yuǎn)低于 1 μA。表 3 包括符合此標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。 該表標(biāo)志著顯著的改進(jìn)，顯示先進(jìn)的低泄漏電流負(fù)載開(kāi)關(guān) GLF71301 器件可在 7 nA 時(shí)提供一流的 I SD 。
表 3：與競(jìng)爭(zhēng)器件相比，GLF 負(fù)載開(kāi)關(guān)的 I Q 和 I SD性能。
如果子系統(tǒng)“大部分開(kāi)啟”，則開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟電阻 R ON變得至關(guān)重要。設(shè)計(jì)人員應(yīng)在最大工作范圍內(nèi)尋找 小于 100 mΩ的 R ON 。表 4 提供了一些提供最低 R ON的器件的樣本。如圖所示，GLF71321 負(fù)載開(kāi)關(guān)提供最佳 R ON 性能(5.5 V 時(shí)為 17 mΩ，3.3 V 時(shí)為 21 mΩ)。
表 4：與競(jìng)爭(zhēng)器件相比，GLF 負(fù)載開(kāi)關(guān)的 R ON性能。
電壓范圍大多數(shù)可穿戴設(shè)備都有幾種不同的電壓軌，從 CPU 內(nèi)核的 1.1 V 到更高電壓外設(shè)的 5.0 V。具有更廣泛電壓軌選項(xiàng)的負(fù)載開(kāi)關(guān)可以幫助管理庫(kù)存并在整個(gè)過(guò)程中使用。表 3 和表 4中列出的所有設(shè)備均 符合此標(biāo)準(zhǔn)。
從這些表格中提供的信息可以清楚地看出，I SD 和 R ON 都會(huì)對(duì)電池壽命產(chǎn)生重大影響。另一個(gè)需要考慮的因素是器件的靜態(tài)電流 (I Q )。這是設(shè)備在“ON”狀態(tài)時(shí)消耗的“開(kāi)銷”電流。對(duì)這兩張表的快速回顧表明，GLF 設(shè)備比其他設(shè)備低數(shù)百倍。
可穿戴設(shè)備的未來(lái)
預(yù)計(jì)到 2025 年，將有超過(guò) 1 萬(wàn)億臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在運(yùn)行;其中，很大一部分將屬于可穿戴產(chǎn)品。消費(fèi)者將繼續(xù)期望可穿戴設(shè)備需要更少的充電頻率。反過(guò)來(lái)，這將使應(yīng)用工程師有必要盡可能采用電池效率最高的設(shè)計(jì)技術(shù)。
選擇最新的超低漏電流負(fù)載開(kāi)關(guān)為設(shè)計(jì)人員提供了一種提高可穿戴設(shè)備電池壽命的有效方法。與更適合大型便攜式電子設(shè)備的傳統(tǒng)設(shè)備不同，這些經(jīng)過(guò)優(yōu)化的可穿戴負(fù)載開(kāi)關(guān)可以輕松地將充電之間的操作時(shí)間從幾天延長(zhǎng)到幾周。
審核編輯：湯梓紅
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論