《電子技術(shù)應(yīng)用》
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高級(jí)充電特性延長(zhǎng)可穿戴產(chǎn)品電池運(yùn)行時(shí)間

2015-08-12

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  智能手表的熱潮再次引爆了人們對(duì)可穿戴設(shè)備的關(guān)注,。幾乎在每一項(xiàng)產(chǎn)品的測(cè)評(píng)或是技術(shù)比較中,,電池的續(xù)航能力都是首當(dāng)其沖的,。無(wú)論智能手表?yè)碛卸嗝挫趴岬奶匦曰蚬δ?,如果不具備長(zhǎng)時(shí)間的電池續(xù)航能力,也終將會(huì)黯然失色,。
  智能手表的電池續(xù)航能力會(huì)受到多個(gè)因素的影響,,例如電池的容量、PCB組件的功耗以及用戶的使用習(xí)慣等,。在所有的這些因素中,,電池的容量無(wú)疑起著決定性作用。通常情況下,,電池容量與電池組的物理尺寸成正比,,而智能手表所追求的小巧精致更是限制了其內(nèi)部電池的尺寸。目前市面上幾款主流智能手表的電池容量都在130mAh到410mAh之間,,運(yùn)行時(shí)間也從少于一天到持續(xù)數(shù)天不等,。而對(duì)于智能手環(huán)、藍(lán)牙耳機(jī),、智能眼鏡和智能首飾等其它的穿戴設(shè)備,,其電池容量就更小了,這也使得每一毫安(mAH) 的電量在電池運(yùn)行過(guò)程中都顯得至關(guān)重要,。
  電池泄漏電流和充電終止電流通常是影響電池容量和運(yùn)行時(shí)間的兩個(gè)主要參數(shù),,而這種影響對(duì)小型電池而言則更加明顯。
  為了說(shuō)明電池泄露的重要性,,我們假定某個(gè)智能手環(huán)的電池容量為50mAh,,在理想的情況下,電池IC不消耗任何電流,,此時(shí)它可維持手環(huán)運(yùn)行30天,。然而如果在這個(gè)模型中增加不同程度的電池泄露電流,電池的續(xù)航能力則會(huì)受到不同幅度的影響,。如圖1所示,,當(dāng)泄露電流為75nA時(shí),電池的續(xù)航能力從本質(zhì)上講沒(méi)有任何變化,,仍然可以運(yùn)行30天,。然而,當(dāng)泄露電流增加至50mAh時(shí),,電池的續(xù)航能力減少了2天,。以此類推,當(dāng)泄露電流為10?A時(shí),,電池的續(xù)航能力減少了4天,。而當(dāng)泄漏電流達(dá)到20mAh時(shí),電池IC將會(huì)消耗相當(dāng)于電池容量25%的電流,使電池的續(xù)航能力足足減少了一周,。很顯然,,電池容量越小,泄露電流對(duì)于電池的續(xù)航能力的影響就越大,。

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  圖1:電池泄露電流對(duì)電池續(xù)航能力的影響
  那么,,終止電流又是如何影響電池續(xù)航能力的呢?圖2的一組數(shù)據(jù)顯示了一塊容量為41mAh的電池的兩個(gè)充電周期,。在這兩個(gè)充電周期中,,充電電流均為40mA快速充電電流,而終止電流卻有所不同,。圖中綠線代表的是終止充電電流為4mA的充電周期,,充電終止比率為10%,充電時(shí)間為97分鐘,。紅線代表的則是終止電流為1mA時(shí)的情形,,其總充電時(shí)間達(dá)到了146分鐘。在第二種情況下,,充電時(shí)間多出了50分鐘,,而電池電量增加了2mAh,這大約是電池總電量的5%,。以50分鐘的時(shí)間獲取5%的電量是否合理呢,?要知道,增加5%的電量可以使智能手表多工作2個(gè)小時(shí),。
  所以,,電池越小,終止控制就越關(guān)鍵,。對(duì)于容量只有20mAh的電池來(lái)說(shuō),,如果不能將終止電流控制在5mA以下,那么在開(kāi)始使用電池之前就已經(jīng)損失了10%電池電量,。

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  圖2:終止電流為4mA和1mA時(shí),,41mAh電池的充電周期
  目前,例如德州儀器 (TI) bq24040和bq24232等數(shù)款充電器解決方案均被廣泛應(yīng)用于各類低功耗應(yīng)用中,。此外,,為了滿足可穿戴應(yīng)用的特殊需求,TI此前還推出了bq2510x充電器系列,,其電池泄漏電流不僅小于75nA,,同時(shí)還可以將終止電流精確地控制在1mA以內(nèi)。Bq2510x系列的封裝尺寸僅為0.9mm x 1.6mm,,是那些體積受限低功耗應(yīng)用的理想選擇,。
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