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探究TI電流檢測器件INA系列在TWS電池盒里的應用

電子設計 ? 來源:電子設計 ? 作者:電子設計 ? 2022-01-20 11:16 ? 次閱讀

Other Parts Discussed in Post:BQ25619, INA2180

隨著TWS耳機爆發式的增長,對耳機及電池盒的續航提出了更高的要求,一般可以從以下幾點去提高續航。

1) 使用更大容量的電池來提高續航能力,缺點在于耳機及電池盒小巧的體積很難容下大體積的電池,同時大容量電池會過重。

2) 提高工作效率,減少器件的漏電流。耳機芯片可以選用BQ25150A類似的只有400-nA漏電流的線性充電芯片。充電盒芯片可以選用BQ25619類似的只有幾個微安漏電流的開關充電芯片,提高充電速度以及改善熱問題。

3) 優化系統,減少損耗,增加續航時間。

下面,我們從第三方面去介紹TI電流采樣芯片在優化系統,減少損耗上的應用。

框圖一是一個典型的TWS耳機系統框圖。其中紅色電流采樣部分,是為了在小電流,一般會低于5mA,將升壓電路關閉,從而減少損耗。

pYYBAGGKTuuAPRN0AAC55BDGzbw172.png

圖一

電流采樣電路一般會采用2種方式:

1) 采用1歐姆左右的采樣電阻,簡單方便,直接可以讀取電阻上的電壓給MCU,從而控制升壓電路的開關。但是1歐姆的電阻也會帶來更大的壓降,當給耳機充電電流減小到5mA左右,電阻上的壓降只有5mV,不會有什么影響。當耳機的充電電流加大,2只耳機上的充電電流相加可能會達到300mA或以上,電阻上的壓降就有300mV,不能忽略不計了。下面的表格計算了一個升壓芯片的誤差,包括反饋誤差2%和分壓電阻誤差1%,從計算可以看出來輸出電壓最大偏差+/-0.18V,為了輸出端得到一個穩定的5V電壓需要考慮電阻上300mV的壓降,輸出電壓需要加上300mV,最大會達到5.48V,在輕載的時候,這個電壓會給后端系統帶來相當大的風險。

最小值 典型值 最大值
輸出(V) 4.82 5 5.18
反饋誤差(V) 0.98 1 1.02
上分壓電阻R1(K Ohm) 99 100 101
下分壓電阻R2(K Ohm) 25.25 25 24.75

2) 采用電流檢測芯片,如下圖二所示為TI的INA系列電流檢測芯片的框圖,有如下優點:

a) 外置的電流采樣電阻可以使用毫歐級別的阻值,從而極大的降低電阻上的壓降。減少損耗的同時,保證輸出電壓的精度。

b) 最小電流精度可以做到全量程1%左右,從而很容易的實現小電流關斷,同時可以讓耳機電池充的更滿一些,提高續航。

c) 有SC70, SOT563,DSBGA及UQFN等小封裝選擇,外圍簡單,靈活方便。

d) 如果想對2個耳機分別監測,還可以采用雙通道的INA2180A2芯片。

poYBAGGKTu2AY-jvAABsXzkVcUw989.png

圖二

以下四顆物料可以根據需求選擇,其中INA2180是雙通道的,可以同時檢測2個耳機的電流。

Parameter INA199C1 INA216A2 INA2180A2 INA185A2
Operational VCM Range (V) -0.1 V to 26 V 1.8 V to 5.5 V -0.2 V to 26 V -0.2 V to 26 V
Surviving VCM Range (V) -0.1 V to 26 V -0.3 V to 5.5 V -0.3 V to 26 V -0.3 V to 26 V
Gain Options 50 50 50 50
Gain Error @ 25°C (max) 0.90% 0.20% 1.00% 0.20%
Gain Error Drift (ppm/°C) 10 1 20 8
Gain Error @ 125°C (max) 1.00% 0.21% 1.20% 0.28%
VOS @ 25°C (max μV) 150 75 150 55
VOS Drift (max μV/°C) 0.5 0.25 1 0.5
VOS @ 125°C (max μV) 200 100 250 105
CMRR (min dB) 100 90 84 96
PSRR (min dB) 100 N/A 88 90
Supply Voltage Range (V) 2.7 V to 26 V 1.8 V to 5.5 V 2.7 V to 5.5 V 2.7 V to 5.5 V
IQ (max mA) 0.115 0.03 0.52 0.3
IB (typ μA) 28 3 80 75
Bandwidth (kHz) 80 10 210 210
Slew Rate (V/μs) 0.4 0.03 2 2
Swing To Ground (mV) 50 2 5 5
Operating Temp Range (°C) -40 to 125 -40 to 125 -40 to 125 -40 to 125
Package(s) UQFN (10) & SC70 (6) DSBGA (4) & UQFN (10) VSSOP (8) SOT-563 (6)
Ideal Shunt Resistor (mΩ) 16.0 15.7 16.6 16.6
Error @ NOM Current: 1.62% 1.06% 1.25% 0.34%

審核編輯:金巧

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