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高效率、低功率转换 IC 提高可穿戴设备性能 并改善生活工作条件
[发布时间]:2017年12月25日 [来源]:半导体器件应用网 [点击率]:3197
【导读】: 背景信息可穿戴设备不再仅是在炫酷的科幻电影中才能看到的东西 (感谢《007》、《少数派报告》、《至尊神探》这些电影!),使用可穿戴设备也不再只是梦想,可穿戴设备已经蔚然成风。最初,可穿戴设备很简单...

  5) 不是所有可穿戴设备都由可充电电池供电,有些也许使用主 (非可充电) 电池,而这类电池需要在两次更换之间提供较长的运行时间,因此,找到估计电池运行时间的方法是关键。

  6) 紧凑的尺寸和很轻的重量使可穿戴设备更舒适易用。采用紧凑型封装的 IC 可构成占板面积很小的解决方案,从而使设备既能够具有小的外形尺寸、重量又很轻。
 
  超低静态电流 IC 解决方案

  显然,满足可穿戴应用需求的 IC 解决方案以及上面讨论的相关问题应该具备以下特性:

  ·超低静态电流,无论是运行模式还是停机模式

  ·很宽的输入电压范围,以适合各种电源

  ·能够高效率给系统轨 (有些具 >5V 的较高电压) 供电

  ·能够准确地进行库伦计数以确定电池运行时间,且不会显著影响 IC 静态电流 (电池消耗电流)

  ·占板面积很小、重量很轻的扁平解决方案

  ·先进的封装以可改善热性能和空间利用率

  幸运的是,ADI公司最近推出了一些产品,例如超低 IQ LTC3388/-x 降压型稳压器、毫微功率 LTC3331 能量收集稳压器以及集成了库伦计数器的 LTC3335 降压-升压型转换器都已经具备了大部份这些特性。

  LTC3388 是一款超低静态电流同步降压型转换器,在 2.7V 至 20V 输入电源电压范围内,可提供高达 50mA 连续输出电流。LTC3388 的无负载工作电流仅为 720nA,从而使该器件非常适合多种电池供电的低静态电流电源应用,例如“持续运作型”电源和可穿戴设备。其迟滞同步整流在很宽的负载电流范围内优化了效率。针对 15µA 至 50mA 的负载而言,该器件还提供超过 90% 的效率,且在稳定时仅需要 720nA 无负载静态电流,因此延长了电池寿命。LTC3388 采用 3mm x 3mm DFN 封装 (或 MSOP-10),仅需 5 个外部组件,因此能够为多种低功率应用构成非常简便和占板面积非常紧凑的解决方案。图 1 显示了 LTC3388 的典型应用电路。

图 1:简便的 LTC3388-1 典型低压应用电路

  毫微功率静态电流 IC

  LTC3335 是一款毫微功率高效率同步降压-升压型转换器,内置了精确的库伦计数器,提供高达 50mA 连续输出电流。该器件具仅为 680nA 的静态电流,可编程峰值输入电流从低至 5mA 直至 250mA,非常适合多种低功率电池应用,例如在可穿戴设备和 IoT 设备中见到的那些应用。其 1.8V 至 5.5V 输入电压范围和 8 个 1.8V 至 5V 的用户可选输出允许在输入电压高于、低于或等于输出电压时,提供稳定的输出电源。此外,该器件集成的精确 (±5% 电池放电测量准确度) 库伦计数器可在长寿命不可再充电的电池供电应用中,对累积电池放电提供准确监视,这类应用在很多情况下具极其平坦的电池放电曲线。典型应用包括无线传感器、远程监视器和ADI的 Dust Networks® SmartMesh® 系统。LTC3335 包含 4 个内部低 RDSON MOSFET,可提供高达 90% 的效率。其他特点包括一个可编程放电报警门限、一个用于存取库伦计数值和器件设定的 I2C 接口、一个电源良好输出和 8 个 5mA 至 250mA 的可选峰值输入电流以适合多种类型和尺寸的电池。采用耐热增强型 20 引线 3mm x 4mm QFN 封装的 LTC3335 的工作结温范围为 -40°C 至 +125°C。图 2 显示了 LTC3335 的典型应用电路。

图 2:简化的 LTC3335 应用原理图

  LTC3331 是一款完整的能量收集解决方案,提供高达 50mA 连续输出电流,当可收集能量可用时能延长电池寿命。简便的 10mA 分流器用收集的能量给可充电电池充电,同时低电池电量断接功能保护电池免于深度放电。当用收集的能量向负载提供稳定功率时,该器件仅需要电池提供 200nA 电源电流,当在无负载情况下由电池供电时,仅需要 950nA 工作电流。LTC3331 集成了一个高压能量收集电源、一个电池充电器和一个同步降压-升压型 DC/DC 转换器,可为能量收集应用提供一个持续稳定的输出,例如无线传感器网络中的能量收集应用。能量收集电源由适合 AC 或 DC 输入的全波桥式整流器和高效率降压型转换器组成,从压电 (AC)、太阳能 (DC)、或磁性 (AC) 能源收集能量。当没有收集能量可用时,可充电电池输入给降压-升压型转换器供电,该转换器在直至 4.2V 的整个电池电压范围内运行,无论输入高于、低于或等于输出,都可调节输出。当收集能源不再可用时,LTC3331 自动转换至电池。LTC3331 的能量收集输入在 3V 至 19V AC 或 DC 电压范围内运行,从而使该器件非常适合多种压电、太阳能或磁性能源。其输入欠压闭锁门限设定是可编程的,范围为 3V 至 18V,从而使应用能够在峰值功率传送点上运行能量收集电源。其他特点包括引脚可编程输出电压和降压-升压峰值电流限制、一个超级电容器平衡器和一个输入保护性分路器。LTC3331 采用耐热增强型 5mm x 5mm QFN 封装。图 3 显示了 LTC3331 的典型应用电路。

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