GERT025 August   2023 BQ25120 , BQ25120A , TPS61046 , TPS61240 , TPS62743 , TPS62843

 

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Steve Schnier

APEC 2014 UCC28630 LM5017 LM20242 TL431 LM5069

Anfang dieses Jahres habe ich über Wearables geschrieben, und wie sie trotz ihrer geringen Größe so viel leisten können. Nun, Wearable-Geräte werden immer kleiner, bieten dank Innovationen im Bereich Batterieladung, Betrieb mit niedrigem Ruhestrom, intelligentem Power-Management und hoher Integration mehr Funktionen und eine längere Laufzeit.

Das Laden der Batterien von Wearables stellt eine Herausforderung dar, da Batterien verwendet werden müssen, die sowohl eine geringe Größe als auch Kapazität aufweisen. Beispielsweise variieren die Ladeströme stark, je nachdem, ob Sie eine 40-mAh-, 100-mAh- oder 200-mAh-Batterie verwenden und ob Sie bei 0,5 C, 1 C oder 2 C aufladen möchten, um die Ziele einer schnellen Aufladung und eines langen Ladezyklus zu erreichen. Die Lösung besteht darin, einen programmierbaren Schnellladestrom in Ihr Design aufzunehmen. Die Batteriemanagement-Lösung BQ25120A bietet Programmierung von 5 mA bis 300 mA, um so eine Vielzahl von Batterien und Ladeprofilen zu unterstützen.

Obwohl ein schneller Ladevorgang wichtig ist, muss gleichzeitig auch so viel Energie wie möglich in die Batterie gelangen. Dazu muss der Abschaltstrom sehr genau sein und die Möglichkeit haben, bei 1 mA oder weniger zuverlässig zu beenden.

Die Batterie muss den Mikroprozessor (MCU), das Funkmodul und die Sensoren zwischen den Ladevorgängen mit Strom versorgen. Um die Batterielebensdauer zu maximieren, müssen Sie sich auf Komponenten konzentrieren, die sowohl während des Betriebs als auch beim Abschalten sehr wenig Strom verbrauchen können. Der Abwärtswandler ist die wichtigste Funktion für den Betrieb mit niedrigem Ruhestrom, da er die Stromversorgung des MCU darstellt und durchgängig betrieben werden muss. Erwägen Sie die Implementierung eines Produkts mit einem DC/DC-Wandler mit sehr niedrigem Strom, wie zum Beispiel dem BQ25120A. Dieses Produkt ermöglicht einen Ruhestrom von 700 nA bei eingeschalteter 1,8-V-Schiene, während der MCU ohne Last mit Strom versorgt wird. Wenn Ihr Wearable einen zusätzlichen Abwärtswandler mit niedrigem Ruhestrom benötigt, ist der TPS62743 oder TPS62843 eine gute Wahl. Der TPS62843 gehört zur neuen Generation von Abwärtswandlern mit extrem niedrigem Ruhestrom. Mit einem typischen Betriebsruhestrom von 275 nA bietet der Baustein einen hohen Wirkungsgrad bei geringer Last bis 100 μA und niedriger. Er ist für einen Induktor mit 1 uH und bis zu lediglich 4,7 uF Cout optimiert. Mit dem winzigen 6-poligen WCSP-Gehäuse (0,8 mmx 1,05 mm) und den kleinen passiven Komponenten unterstützt er eine Gesamtgröße der Lösung von bis zu lediglich 5,7 mm². Der große Ausgangsspannungsbereich (0,4–3,6 V) und der Ausgangsstrom von 600 mA machen den Baustein für die meisten batteriebetriebenen Anwendungen geeignet, wie z. B. Wearable-Elektronik, Ohrhörer, TWS, medizinische Sensoren, Hörgeräte und IoT.

Einige Sensoren und Funkmodule werden nicht ständig verwendet und können vollständig abgeschaltet werden, sodass ein Abschaltmodus mit geringem Leckstrom erforderlich ist. Der BQ25120A verfügt über einen Lastschalter, der Komponenten ausschalten kann, wenn diese nicht verwendet werden, und kann bei Bedarf auch als geregelter LDO-Ausgang konfiguriert werden.

Einige Wearables verfügen über Displays oder Herzfrequenzmonitore (Heart Rate Monitor, HRM), die Aufwärtswandler benötigen. Verschiedene Displays haben unterschiedliche Spannungsanforderungen – daher besteht die flexibelste Lösung darin, den Aufwärtswandler mit diskreten Bausteinen zu implementieren. Wenn es sich bei dem Display um eine organische Leuchtdiode (Organic Light Emitting Diode, OLED) handelt, sollten Sie einen Baustein wie den TPS61046 in Betracht ziehen, der 12 V liefert, eine geringe Größe und einen niedrigen Ruhestrom aufweist. Wenn es sich bei dem Display um ein LCD-Display, E-Ink-Display oder einen Herzfrequenzmonitor (HRM) handelt, eignet sich der TPS61240 ideal zur Bereitstellung der 5 V. HRM benötigen eine 5-V-Versorgung für die LEDs, und der TPS61240 verfügt über einen Trennschalter mit sehr geringem Leckstrom, um sie bei Nichtverwendung vollständig abzuschalten.

Wie Sie sehen, verfügt TI über eine Vielzahl kleiner, energieeffizienter Komponenten zur Entwicklung von Wearable-Geräten, die sich auf dem heutigen Markt wirklich abheben. Für ein gesünderes Leben dank TI-Technologie.