小型電池供電器件中低靜態(tài)電流的設(shè)計(jì)

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1：使用替換電池的傳統(tǒng)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2：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?/p>

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。