延长可穿戴设备的电池寿命的关键——电压调节器

可穿戴设备已经成为电子行业的下一个机会浪潮。如图一所示，智能手表是当今最受欢迎的可穿戴设备。包括医疗、健身和康复在内的医疗保健市场显现出更大的机遇。绝大多数可穿戴设备都有许多共同之处。

可穿戴设备必须：

·随时就绪

·体积小、重量轻，易于穿戴

·可充电或一次性电池提供足够长的使用时间

·支持短期工作，大部分时间为空闲或休眠

·能够在空闲或休眠模式下持续非常长的时间

这些要求为产品技术提出了更高要求。电池的体积必须越来越小、持续时间越来越长。例如，智能手机的电池容量为大约2000mAh;而智能手表的电池体积小得多，电量低大约10倍，而要求其充电间隔也像其配合的智能手机一样，工作相同的时间。这就要求智能手表的电子元器件在性能上取得巨大突破。也就是说，这些器件必须非常小，并且在工作模式和非工作模式(待机和关断模式)下的功耗达到最低。

1一切皆为低功耗

传统的电压调节器设计重点是工作模式下的电源效率，包括轻载、重载到满载。很小百分比的效率优势即可决定市场的成败。随着人们对效率曲线的深入理解，以及技术发展的瓶颈，关注重点正在转向优化非工作模式下的节能。非工作模式对应于系统的空闲模式(打开但处于待机模式)或休眠模式(系统关断)。

图1可穿戴的生活方式

随着可穿戴设备的流行，这种转变是必然的，因为可穿戴设备大部分时间处于待机模式，只有很少的时间工作。显而易见，如果空闲和休眠模式占据大部分时间，那么在此期间的节能就非常重要。因此，每一毫微安的电流都举足轻重，因为它能够延长待机时间，节省宝贵的电池电量。

举例来说，40mAh、1.55V纽扣电池非常适合为可穿戴设备供电。如果可穿戴设备的耗流为4μA，那么电池在电量耗尽之前的存放寿命大约为1年。如果耗流降低1μA，就能将可穿戴设备的存放时间延长大约3个月!考虑到超便携设备中的电压调节器总耗流中，静态电流为数10μA，关断电流为几μA。我们不难判断，寄生电流的任何改进都非常有益。

2调节器低关断电流

为了保障可穿戴设备的电池寿命，我们必须考察在非工作模式下具有超低电流的全新电压调节器技术。MAX1722就是其中之一，这是一款优化用于可穿戴产品的升压转换器，为了最大程度地减小系统休眠模式或稳压器关断时的耗流，采用了非常先进的节能技术。关断模式下，所有调节器控制电路关断，只有不可避免的寄生漏流，最大程度地减小了电池及输出电容的放电。BATT引脚(图2中的ILB)上有几毫微安的漏流，OUT引脚(ILO)上有数十毫微安的漏流。由于OUT引脚存在电源链，该引脚上的漏流较高。

图2升压转换器静态/关断电流

3调节器低静态电流

系统处于空闲模式时，电压调节器一般处于待机状态，可在收到命令时随时激活。待机状态下，电压调节器驱动的负载很轻，所以其静态电流就非常重要，对调节器效率有显著影响。这种状态下，MAX1722以最小的开销工作，输入(图2中的IQB)上的静态电流只有几个毫微安，输出(IQO)上的静态电流为几微安，这是所有控制电路的基准。图3所示为MAX1722的典型静态电流，输出为3.3V时只有1.5μA。该曲线是在环境温度下测得的。在0至+85°C温度范围内，该参数可保证低于3.6μA。因此，凭借工作模式下的150mA电流以及非工作模式下的超低电流，采用小尺寸2mmx2mmμDFN封装的MAX1722是可穿戴设备中供电方案的理想选择。

图3MAX1722升压转换器OUT引脚的静态电流

英文翻译：

Quiescentcurrentintooutvs.Outputvoltage静态输出电流与输出电压

Quiescentcurrent静态电流

Outputvoltage输出电压

4总结

我们讨论了最大程度降低系统空闲或休眠模式下电压调节器的静态和关断电流的重要性。我们以MAX1722为例，说明这两个参数降低到比传统产品低一个或多个数量级时，可大大延长电池寿命。Maxim未来提供的产品将进一步减小调节器尺寸，在非工作模式下进一步将其电路与电池及输出电容隔离，不断挑战极限。进一步减小寄生漏流，避免消耗储能元件电流，延长系统工作时间。