可穿戴設備的設計者——包括智能手表、健身追蹤器、心臟監(jiān)測器和許多其他設備——一直在努力尋找延長電池壽命的方法，以提高用戶的便利性。然而，盡管在設計和功能方面取得了所有進步，但可穿戴設備通常需要頻繁充電。這是因為大多數可穿戴設備都使用為平板電腦等大型設備設計的相同負載開關，這些設備的電池容量比可穿戴設備大得多，而且電池耗盡的漏電流和導通電阻不太重要。

為了應對這一挑戰(zhàn)，新型超低漏電流負載開關正在為可穿戴設備的高效電源管理設定標準。通過使用先進的負載開關，可以顯著提高效率。這些節(jié)省將轉化為更小的電池或更長的電池壽命，并使可穿戴產品在競爭激烈的市場中脫穎而出。

可穿戴設備中的電池效率

在可穿戴產品中，負載開關以最小的占用空間和幾乎為零的漏電流和/或導通電阻執(zhí)行基本的電池管理任務。然而，用于筆記本電腦和平板電腦的 IC 負載開關根本無法滿足這些需求。

一個典型的可穿戴應用示例(圖 1)包括多個環(huán)境傳感器、GPS、顯示器、內存、無線連接和一個快速、功能豐富的微控制器 (MCU)。為了延長電池壽命，該電路包括多個負載開關，用于按順序打開設備或將設備置于“睡眠”模式并根據需要關閉功能。

在這方面，框圖中顯示的示例與典型的手持平板電腦或移動電話的示例沒有本質區(qū)別。不同之處在于這些設備的尺寸和性能。

圖 1：新型高性能負載開關可以延長可穿戴電池的使用壽命數小時甚至數天。

可穿戴設備中使用的許多功能設備(包括連接、傳感和 MCU)都帶有省電模式，這些模式為開發(fā)人員提供了一種低功耗控制的錯誤感覺。表 1 顯示了典型的 IC 和模塊組合消耗的低功耗模式電流示例。

表 1：典型的低端可穿戴功能及其消耗的功率。

表 2 描述了高性能應用所需的其他功能的電流消耗。再加上 MCU/APU 等設備，待機電流真的可以加起來。所有必需的功能都可以將設備變成“電源怪物”。

表 2：不提供所需低待機電流的典型器件。

選擇負載開關的標準

可穿戴設備的設計者需要考慮負載開關的選擇標準。以下是比較可用設備性能的示例。

大部分打開與大部分關閉取決于子系統(tǒng)是打開還是關閉，負載開關的不同參數變得很重要。大多數開關都針對一種情況進行了優(yōu)化，但沒有針對兩種情況進行優(yōu)化。

在“大部分關閉”子系統(tǒng)的情況下，電流待機 I SD (待機電流泄漏)成為需要考慮的最重要參數。市場上最好的器件遠低于 1 μA。表 3 包括符合此標準的設備。 該表標志著顯著的改進，顯示先進的低泄漏電流負載開關 GLF71301 器件可在 7 nA 時提供一流的 I SD 。

表 3：與競爭器件相比，GLF 負載開關的 I Q 和 I SD性能。

如果子系統(tǒng)“大部分開啟”，則開關的開啟電阻 R ON變得至關重要。設計人員應在最大工作范圍內尋找 小于 100 mΩ的 R ON 。表 4 提供了一些提供最低 R ON的器件的樣本。如圖所示，GLF71321 負載開關提供最佳 R ON 性能(5.5 V 時為 17 mΩ，3.3 V 時為 21 mΩ)。

表 4：與競爭器件相比，GLF 負載開關的 R ON性能。

電壓范圍大多數可穿戴設備都有幾種不同的電壓軌，從 CPU 內核的 1.1 V 到更高電壓外設的 5.0 V。具有更廣泛電壓軌選項的負載開關可以幫助管理庫存并在整個過程中使用。表 3 和表 4中列出的所有設備均 符合此標準。

從這些表格中提供的信息可以清楚地看出，I SD 和 R ON 都會對電池壽命產生重大影響。另一個需要考慮的因素是器件的靜態(tài)電流 (I Q )。這是設備在“ON”狀態(tài)時消耗的“開銷”電流。對這兩張表的快速回顧表明，GLF 設備比其他設備低數百倍。

可穿戴設備的未來

預計到 2025 年，將有超過 1 萬億臺物聯網設備在運行;其中，很大一部分將屬于可穿戴產品。消費者將繼續(xù)期望可穿戴設備需要更少的充電頻率。反過來，這將使應用工程師有必要盡可能采用電池效率最高的設計技術。

選擇最新的超低漏電流負載開關為設計人員提供了一種提高可穿戴設備電池壽命的有效方法。與更適合大型便攜式電子設備的傳統(tǒng)設備不同，這些經過優(yōu)化的可穿戴負載開關可以輕松地將充電之間的操作時間從幾天延長到幾周。

　　審核編輯：湯梓紅