保存和密封电池新鲜度

作者：Bonnie Baker，Maxim Integrated

便携式仪器、手持消费电子产品以及低功耗工业和医疗设备通常需要电池才能运行。无论仪器是否包含已安装的电池，客户必须在操作前连接或安装电池。

对于大多数期望快速启动体验的最终客户来说，必须处理电池安装是一件很烦人的事情（图 1）。最方便的配置是在设备上架销售时预先安装电池。然而，延长的保质期会影响电子产品的电池寿命，因为它在待机模式下会慢慢泄漏电池电量。

当设备在等待下一个命令时处于待机模式时，会在常规操作期间额外消耗电池。当设备的集成电路 (IC) 处于低电流待机状态时，会在运行过程中发生电池消耗，IC 待机电流高达数十毫安。随着时间的推移，这些 IC 将继续消耗电池电量，从而导致电池没电的烦恼。

本文将简要讨论一种简单的方法，该方法通过在操作期间使用开/关电气或机械开关关闭大多数设备 IC 的电源，从而最大限度地延长多种应用的电池寿命。

构建仪器每个电池供电的设备都有自己的一套设计要求。尽管如此，要在供电环境中运行，IC 的电流消耗仍然是最重要的。

例如，测量 CO 2气体并将测量结果发送到 LCD 和/或警报的电池供电气体传感器需要多个具有关闭功能的超低电流设备（图 2）。

图 2：电池供电的工业燃气表的框图

在图 2中，工业燃气表的 IC 包括电源转换器、多个运算放大器、Δ-Σ (ƩΔ) 模数转换器 (ADC)、微控制器 (MCU)、实时时钟 (RTC)、以及显示和传输气体检测仪数据的各种输出设备。图 2中的 MCU 算法通过偶尔的数据采集和传输活动使设备处于关机模式（图 3）。

图 3：此时序图说明了气体传感器在待机模式与测量和传输活动之间的电流消耗关系。

尽管从图 3中可以看出，待机模式下的电流消耗足以延长电池寿命，但待机电流消耗会显着影响整个电池寿命情况。便携式气体设备（图 2）中的 IC 可具有数十毫安的典型待机电流。

进一步降低功耗另一种解决方案使用具有电池新鲜度密封功能的nanoPower 按钮开/关控制器（图 4）。

图 4. 按钮开/关控制器从电路的其余部分移除电池电源。

在图 4中，添加按钮开/关控制器提供了一种方法，可以通过将总关机电池消耗减少 1,000 倍来实现整体现成电池新鲜度目标。设备的delta待机电流范围从几十毫安变为几十纳安。

按钮开/关控制器是电池供电型气体传感器低功耗算法的一个组成部分，只需将按钮开/关控制器和升压转换器保持在待机模式即可。开/关控制器将电路的其余部分与电池完全断开。以这种方式，开/关控制器为电池创建“新鲜密封”（图 5）。

图 5. nanoPower 按钮开/关控制器将电池与大部分气体传感器系统断开连接。

图 5中的 nanoPower 按钮开/关控制器具有开关去抖动器和内置锁存器。该器件接受来自机械开关的噪声输入，并产生干净的锁存输出以及单次中断输出，以响应超过 PB_IN 去抖周期的开关闭合。

nanoPower 按钮开/关控制器凭借其 20nA 的超低待机电流延长了电池寿命和工作待机时间。

结论为了让电池供电、开箱即用的设备立即运行，nanoPower 按钮开/关控制器提供了电池新鲜度密封，并摆脱了最终客户的初始电池安装。从这种快速、现成的启动体验中获得的满意度随着运行期间电池寿命的延长而进一步增强。

Bonnie Baker 是 Maxim Integrated 的主要作家。她是一位经验丰富的模拟、混合信号和信号链专业人士和电子工程师。Baker 在行业出版物上发表并撰写了数百篇技术文章。她还是“A Baker's Dozen: Real Analog Solutions for Digital Designers”一书的作者，也是其他几本书的合著者。在过去的职位中，她担任过建模、战略营销、IC 架构师和设计师工程师。Baker 拥有亚利桑那大学（亚利桑那州图森市）的电气工程硕士学位和北亚利桑那大学（亚利桑那州弗拉格斯塔夫）的音乐教育学士学位。她还策划、撰写和介绍了有关工程主题的酒店和在线课程，包括 ADC、DAC、运算放大器、仪表放大器、SPICE、

审核编辑  黄昊宇