攻克小型電池供電器件中低靜態(tài)電流的設計挑戰

得益于小型化、Bluetooth?通信和嵌入式處理方面的進(jìn)步，現代助聽(tīng)器具有比以往更多的功能，從流媒體音樂(lè )到能夠通過(guò)智能手機上的應用程序調節聽(tīng)力放大。

然而，要實(shí)現這些增強的功能需要付出代價(jià)：現代功能需要更多功率。功耗的增加對于設計助聽(tīng)器的工程師來(lái)說(shuō)是一項挑戰，主要是因為舊版本使用一次性鋅空氣電池。如圖1所示，這些電池的續航能力通常約為兩周。但當為助聽(tīng)器添加更多功能時(shí)，例如讓它們能夠播放音樂(lè )，電池續航時(shí)間可能會(huì )縮短到小時(shí)。因此，工程師在下一代助聽(tīng)器設計中使用可充電鋰電池（圖2）。

圖1：使用替換電池的傳統助聽(tīng)器

圖2：具有小巧的外形和智能手機連接的下一代助聽(tīng)器

可充電鋰電池以多種方式增加了電力系統的復雜性，最重要的是如何安全準確地為電池充電。使用兩個(gè)助聽(tīng)器時(shí)還有額外的設計注意事項。因為左右耳機沒(méi)有物理連接，所以無(wú)法同時(shí)通過(guò)單根電纜對其進(jìn)行充電。因此，幾乎所有新型助聽(tīng)器現在都配備了具有充電和儲電功能的盒子。

該盒子為每個(gè)耳機設計了特定的插孔，以確保正確的充電。耳機的充電必須精確，因為可充電助聽(tīng)器通常為25 mAh-75 mAh，充電盒的范圍為300 mAh -70 0mAh。這意味著(zhù)，在盒子需要重新充電之前，耳機的使用時(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(tīng)器設計師現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。電池充電器的選擇在設計中起著(zhù)重要作用。

同樣要注意的是，通過(guò)電池為電池充電（即，通過(guò)充電盒電池為耳機電池充電）并不像通過(guò)墻壁插座充電那么簡(jiǎn)單，因為兩個(gè)電池之間的電壓差不會(huì )很大。必須有內部電路來(lái)增強充電盒和耳機之間的電壓差，以實(shí)現完全充電。隨著(zhù)電池放電，其電壓正在緩慢下降。觀(guān)察圖3所示的放電曲線(xiàn)，電池容量約為50%時(shí)，充電盒電壓約為3.6 V。但這意味著(zhù)如果沒(méi)有升壓，充電盒只能為最高3.6 V的耳機充電，即使存儲在充電盒中的能量足以使它們完全充電。

圖3：鋰離子電池的電池放電曲線(xiàn)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(lái)源：“可充電電池的特性”)

這種情況下，大多數工程師會(huì )考慮謹慎升壓。雖然謹慎升壓確實(shí)有效，但它通常會(huì )通過(guò)在電源架構中增加額外升壓和電感器組件來(lái)增加解決方案尺寸和低效率。

要攻克這些挑戰，請考慮靜態(tài)電流支持的便攜充電。例如，TI的BQ25619電池充電器和BQ25155線(xiàn)性充電器支持在沒(méi)有外部增壓的情況下充電。在助聽(tīng)器應用中，您可將BQ25619置于充電盒中，將BQ25155置于每個(gè)耳機內。

而且，并非總需要將充電盒輸出升壓至5V，通過(guò)使用BQ25619的升壓功能，可以增強到所需的最低電壓，以便在充電盒和耳機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充電效率，因為降低了電壓差。

BQ25155非常適用于耳機，因為它的最小3.4V輸入電壓可在沒(méi)有升壓的情況下實(shí)現更長(cháng)的充電，其43μA的靜態(tài)電流可增加電池的運行時(shí)間。同時(shí)，BQ25619在出廠(chǎng)模式下的7μA靜態(tài)電流可最大限度地延長(cháng)充電盒的使用壽命。BQ25619的20mA充電終止電流使其能夠為小型電池充電，容量增加7%。

好消息是這些優(yōu)勢不僅只局限于助聽(tīng)器：包括耳塞和可穿戴貼片等所有雙電池器件系統都可從這些創(chuàng )新中受益。TI將在未來(lái)的設計中將繼續采用雙充電器配置，其特點(diǎn)如下：

·       為耳機和充電盒提供更高效的充電，同時(shí)提供電池監控和保護，并通過(guò)集成升壓減少總物料清單。

·       只需要一條通信線(xiàn)路就可以減少耳機和充電盒的引腳數。

使用BQ25619和BQ25155，您可在不增加成本或解決方案尺寸的情況下改善可從充電盒中提取的充電周期數。