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三种便携式应用的SIMO PMIC选择

滥觞:与非网

无线IoT行业正在临盆大年夜量电池供电设备(图1)。只管基础的电池治理系统很轻易理解,但详细设置设置设备摆设摆设随电池技巧(一次、二次、化学物质或外形规格)和负载约束(电压、电流或噪声敏感度)而异。在所有这些变量前提下,我们彷佛应该采纳分立式措施来设计系统:每个模块采纳一片专用IC,例如图2所示的范例系统。然而,该措施与此类便携、轻巧装配的其他紧张要求相抵触,尤其是对小尺寸的要求。本文探究三种异常紧张的便携式利用,证实纵然必要多个模块,环抱SIMO核心转换器量身定制的集成式电源治理措施也能轻松办理这一难题。

图1. 无线连接的IoT设备

集成式电源设计措施

传统规划平日会应用多个开关调节器及相关电感或应用多个线性调节器。对付便携式电源治理,单电感多输出(SIMO)架构办理了传统规划中面临的电源效率低下和尺寸问题。

与其他措施比拟,SIMO规划以更小的空间供给更高的功率,支持更长的电池寿命和更小的形状尺寸

虽然SIMO转换器IC在集成度方面是一大年夜进步,但可能必要附加功能来满意加倍繁杂的系统要求。这就带来了问题:有没有可能将核心SIMO转换器与各类不合等级的帮助功能集成在一路,从而将全部电源治理系统在单片IC中实现?

在以下的案例阐发中,我们将SIMO技巧利用到三种截然不合的便携式利用中,从而办理了这一疑问。

范例可充电电池系统

图2所示为范例的可充电电池系统。有交流适配器存在时,交流适配器经由过程充电器为电池充电,同时经由过程SW2为负载供电;在没有适配器的环境下,电池接收,经由过程SW1为系统供电。因为空间和资源限定,平日必须应用多个LDO,同时使用单个开关调节器(BUCK)为最重的负载供电。可能还必要一个或多个LED驱动器,以支持IR遥控或RGB旌旗灯号。

图2. 范例耳戴式设备电源流程图

在以下部分,我们针对三种不合利用对该系统进行定制。

SIMO PMIC可充电电池系统

图3所示为支持可充电电池系统的全集成SIMO PMIC规划。该规划使用两个升/降压开关调节器(BB3、BB2)代替LDO (图2中的LDO3、LDO2),实现对两个负载高效供电。第三个升/降压调节器(BB1)代替图2中的BUCK。集成的LDO1用于噪声敏感的负载。规划也集成了LED驱动器。着末,图2中的充电器和开关也集成到图3中的充电器和电源通路模块中。

应用SIMO开关调节器与应用线性调节器的规划比拟,前者的电源效率和尺寸上风显而易见。经由过程应用升/降压调节器,纵然在输入电压下降到输出电压以下时也能进行调节,从而将电池的着末一滴能量用尽。

图3. 应用SIMO PMIC1的可充电电池系统

案例阐发:可充电遥控器

电视或智能家居等的可充电遥控器都必要电源治理系统,包括充电器和红外LED驱动器。

对付这些系统,SIMO PMIC是抱负选择。图5中的PMIC采纳一个线性充电器(375mA)、一个三路输出SIMO升/降压调节器(共300mA)、一个LED驱动器(425mA)和一个LDO (50mA)。双向I2C接口容许设置设置设备摆设摆设和反省器件的状态。

图4所示为PMIC中充电器和开关的实现。智能电源通路电路在系统(SYS)和电池之间分配功率。当交流适配器作为电源时,输入节制环路将系统电压(SYS)调节到4.5V (VSYS-REG)。在这种环境下,充电器(晶体管T2及其相枢纽关头制)由SYS引脚供电,并为电池充电。在交流适配器不供给输入电源的环境下,电池经由过程T2为IC电路及系统负载供电。与图2中的设置设置设备摆设摆设比拟,因为T2既作为线性充电器(有交流适配器时)的传输晶体管,又作为开关(无交流适配器时),以是这种设置设置设备摆设摆设具有更高的硅效率。

图4. 智能电源通路

得益于其SIMO开关调节器和高效偏置LDO,小尺寸PMIC (采纳2.15mm x 3.15mm x 0.5mm WLP封装)以最小损耗供给电源,PCB空间仅为21mm2,不够通俗实现措施的一半。图5所示的规划结构斟酌了所有无源和有源元件。

图5. SIMO PMIC1规划(21mm2)

此外,PMIC在待机模式下的耗流仅为300nA,优于其他可用规划至少2倍。这种能力及其效率增益延长了宝贵的电池寿命,经由过程应用最小电池赞助减小系统尺寸,同时延长两次充电之间的光阴距离。

SIMO PMIC非充电电池系统

图6中,更小的PMIC2实现了非充电电池系统的所有必须功能。

图6. 采纳SIMO PMIC2的非充电电池系统

案例阐发:非充电活动监测仪

活动监测仪和胰岛素笔采纳LED实现各类功能,平日由AA型或AAA型圆柱电池供电。智能胰岛素计量装配有助于为胰岛素笔加注精确数量的胰岛素,并在加注停止时点亮LED。如身段活动、癫痫发生发火和就寝监测仪等活动监测仪都像腕表一样戴在手法上。将LED发出的光调谐到各类不合的频率,穿透皮肤。光电检测器检测血液和身段组织反射的调制旌旗灯号,供给关于病人物理活动的信息,例如心率、运动和呼吸。

SIMO PMIC是此类系统的抱负选择。图7中的PMIC采纳1个三路输出SIMO升/降压调节器(共300mA)、3个LED驱动器(每个3.2mA)和1个LDO (150mA)。双向I2C接口容许设置设置设备摆设摆设和反省器件的状态。

该PMIC (采纳2.15mm x 2.75mm x 0.7mm WLP封装)以最小PCB面积(16mm2)实现供电。图7所示的规划结构斟酌了所有无源和有源元件。

图7. SIMO PMIC2规划(16mm2)

此外,PMIC在待机模式下的耗流仅为300nA,有效模式下仅为5.6?A。

SIMO小尺寸非充电电池系统

图8中,精简型PMIC3集成3个升/降压调节器,形成最简单、最小尺寸的非充电系统实现措施。

图8. 采纳SIMO PMIC3的非充电电池系统

案例阐发:纽扣电池供电传感器

湿度及其他IoT传感器要求小尺寸、靠得住的电源治理系统,以实现最小尺寸及最长事情光阴和保存刻日。

具有低静态电流的SIMO PMIC是此类利用的抱负选择。图9所示的PMIC采纳三路输出SIMO升/降压转换器(共300mA)。双向I2C接口容许设置设置设备摆设摆设和反省器件的状态。

该PMIC (采纳1.77mm x 1.77mm x 0.5mm WLP封装)以最小PCB面积(14mm2)实现供电。图9所示的规划结构斟酌了所有无源和有源元件。

图9. SIMO PMIC3规划(14mm2)

此外,PMIC在待机模式下的耗流仅为330nA,有效模式下仅为1.5?A。

总结:我们评论争论了实现电池供电设备的小尺寸和高效率电源治理系统面临的寻衅。提出了量身定制的集成规划,经由过程选择性地将支持既定繁杂度的必须电路集成到单片PMIC,充分发挥SIMO架构的空间和电源效率的上风。

我们将SIMO技巧利用到三种不合的便携式利用。对付每种环境,SIMO PMIC都根据利用进行定制,得到了最佳的结果,实现了最小PCB尺寸和较长电池寿命。

第一款PMIC (MAX77278)集成线性充电器、智能电源通路、三路输出SIMO升/降压转换器、LED驱动器和LDO,是可充电利用的抱负选择。

第二款PMIC (MAX77640)集成三路输出SIMO升/降压转换器、3个LED驱动器和1个LDO,为非充电利用供给量身定制的规划。

第三款PMIC (MAX17271)集成三路输出SIMO升/降压转换器,专门为小尺寸、精简型利用量身定制。

这种量身定制的电源治理实现规划,最大年夜程度发挥了SIMO架构的空间和电源效率上风,为便携式利用供给最小尺寸、最高效率的电源治理规划。

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