电池寿命

<font color="#FF0000">本期讲师：Xuejian Li，Maxim TTS</font>

在电源设计中，我们对buck和boost分别被用于降压和升压转换。但在有些设计中，单纯的buck或boost无法满足更高的设计需求。比如，锂电池由于其高能量密度，被广泛用于手机、可穿戴设备、IoT、医疗设备等便携式产品，而最大限度地延长锂电池的寿命，充分利用锂电池的能量对产品的待机时间及用户体验就变得非常重要。本期《工程师园地》，Maxim TTS部门的Xuejian Li就来为大家分享Maxim在buck-boost技术上的优势，以及相关的解决方案。

<font color="#FF0000"> <strong>作者：Maxim Integrated移动方案事业部
Cary Delano，技术团队杰出成员
Gaurav Mital，技术团队主要成员</strong></font>

<strong>摘要</strong>

耳戴式、可穿戴产品日益成为市场热点，消费者对这些产品也提出了更高要求，不仅体积小巧，更要电池寿命增长。显而易见，设备尺寸限制了电池容量。本文介绍如何利用单电感多输出(SIMO)电源转换器技术节省电路板空间。SIMO架构及其稳压器的低静态电流使IC能够有效延长空间受限电子产品的电池寿命。

本文将帮助您深入理解SIMO技术及其工作原理，同时您将了解到更多关于电源管理IC (PMIC)的知识，这些IC具有SIMO调节器，能够降低功耗和总体元件数量，同时以不到一半的空间提供与传统方案相同的功能。

延长电池寿命是各种应用中常见的设计要求。无论是玩具还是水表，设计师都有各式技术来提高电池寿命。在这篇博文中，我将阐述一种可策略性地绕过低掉电线性稳压器（LDO）的技术。

<strong>生成导轨</strong>

使用LDO是从电池产生调节电压的常用方式。对于在完全充电时输出4.2V的单节锂离子（Li-ion）电池尤其如此。

假设您要为电源电压范围在3V至3.6V之间的微控制器（MCU）生成3.3V，并选择TPS706生成该导轨。图1阐述了该电路。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2017-08/wen_zhang_/100007687-25144-d1.p…; alt=“” width="600"></center><center><i>图1：TPS706从电池调压3.3V</i></center>

贴片形式的医疗监测设备可测量体温、监测心率以及输送胰岛素。此类设备在提供给病人之前，可能会在储藏室存放较长一段时间。因此，保持其功效的关键就在于较长的电池寿命。一系列其他的物联网(IoT)设备亦是如此，包括从智能手表和耳塞式耳机到视频游戏控制器、电表以及楼宇自动化系统。对于此类小尺寸、电池供电的系统，就必须掌握通过低静态电流延长电池寿命的设计奥秘了。

<strong>IQ降低1微安，寿命延长三个月 </strong>

对于一个普通的两口之家，各种设备中所使用的电池可能有30到60块，其中每种设备都具有各自独特的耗能模式。电池寿命一般是根据中央控制单元(例如微控制器)在工作、睡眠和休眠模式下的电流计算的。相关的传感器和无线电也与微控制器一起工作。电源通常包括开关或低压差(LDO)调节器，有时也包含IC (PMIC)——这对于系统各功能模块的供电至关重要。工作模式的电流消耗当然对电池寿命的影响非常大，但是待机电流同样影响巨大，尤其是当设备的睡眠/休眠功能占据了大部分使用时间的情况下。睡眠/休眠期间，电源的静态电流是系统待机功耗的最大贡献者。举例来说，如果某个系统由一个40mAh、1.55V、1年使用期限的氧化银纽扣电池供电，电流消耗大约为4µA。此时，该电流只需降低1微安，可穿戴设备的使用寿命即可延长大约三个月。

<font color="#FF8000">作者：Shane O’Meara</font>

随着医疗、消费电子和工业市场上的便携式手持仪器仪表日趋向尺寸更小、重量更轻、电池（或每次充电）续航时间更长、成本更低且通常功能更多方向发展，低功耗已经成为如今电池供电模数转换器应用的一项关键要求。即使是在非电池供电的应用中，低功耗的好处也不容忽视，因为低功耗系统无需散热器或风扇也能工作，因而尺寸更小、成本更低，而且更加可靠，同时也“更加绿色环保”。此外，许多设计人员在设计产品时都面临一个挑战，即在增强产品功能或性能的同时降低或者至少不得超过当前的功耗预算。

当今市场上品种繁多的ADC则使得选择符合特定系统要求的最佳器件变得更加困难。如果说低功耗是必须的条件，那么除了评估速度和精度等常见的转换器性能特性之外，还需要考虑更多性能指标。了解这些指标以及设计决策会对功耗预算有何影响，对于确定系统功耗和电池寿命计算非常重要。

ADC的平均功耗是转换期间所用功耗、不转换时所用功耗以及各模式下所用时间的函数，如等式1所示。