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TPS61023为您的健康保驾护航

电子设计 ? 来源:电子设计 ? 作者:电子设计 ? 2022-01-19 11:08 ? 次阅读

Other Parts Discussed in Post: DRV10964, TPS61023

By Payne Gong

这篇博客根据电动口罩,红外测温仪以及血氧浓度仪这3个热门应用提出了一种高效率的供电方案。解决方案主要针对1~2节干电池或单节锂电池输入的场景,提供了TI高效率低功耗的升压解决方案。该方案可以提供低至100nA的关断电流,并且具有轻载高效模式,可以延长电池的使用寿命,此外还具有良好的负载响应特性,来提升用户的使用体验。

1.1 电动口罩

口罩作为保护我们呼吸系统的过滤屏障,可有效预防传染病。电动口罩通过内部的风扇吸入外界空气,提升用户长时间佩戴的舒适度,循环换气功能也能让即戴眼镜也佩口罩时镜片起雾问题得到改善。此外,电动口罩还有防护性好以及可以循环使用的优点。

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图 1. 电动口罩的组成:

电源轨架构:

为了方便佩戴者的使用,电动口罩大都采用锂电池供电,通过USB口为电池供电,之后通过LDOMCU提供电能。为了提升马达驱动的效率。需要升压芯片将电压升高到5V左右为马达驱动供电。

信号链架构:

当外部按键给MCU提供电动口罩的开关信号和风力等级后, MCU会输出相应的PWM信号,按照对应的风力等级通过马达驱动使三相无刷直流电机平稳的旋转。

在设计电动口罩时,需要考虑电动口罩的重量,体积以及噪音问题。图2是TI一款三相无刷电机驱动芯片DRV10964,可以看到当马达驱动的供电电压从3.3V提升到5V的时候,马达驱动MOSFET的Rds (on) 降低了1/3左右, 从而降低马达驱动的通态损耗,提升系统的工作效率。

因此,一个合适的升压芯片,可以帮助客户提升整体的效率,延长电池的使用时长。稳定的供电电压还会降低电动口罩的噪音问题,提升使用者的佩戴体验。

1.2 红外测温仪

监测体温对早期预防疾病有很大的作用。红外测温仪可以在不接触人体的情况下测量温度,这有助于缓解接触感染的传播。红外测温仪通过传感器接收人体发出的红外线, 得出感应温度数据。非常适合对流感快速,非接触式的安全排查。

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图3. 红外测温仪的组成

电源轨部分:

整个系统通过1~2节的AAA电池供电,为了匹配MCU的工作性能,系统需要使用一个低功耗的boost将电压升到一个稳定的值,一般是3.3V,来为MCU,LCD,LED,传感器以及运放供电。通常会有LDO级联在Boost芯片之后用于提升传感器输入信号的质量。如果在人流较多的场合使用,就有长待机需求。此时可以选择加入虚线框类的并联二极管网络,在电池电压较高时采用电池直接给系统供电。当电池电压低于MCU的门限电压时,采用Boost电路为系统供电。从而最大化的延长电池的使用时间。

信号链部分:

用户通过按键来开启红外测温系统的运行。系统通过红外传感器和温度传感器感知被测物的温度,如果使模拟传感器,会经过一级模拟运放将调理完的信号传递到MCU中。如果是数字信号,一般通过I2C将信号传递到MCU中。MCU采集到相应的信号之后,执行相应的算法,将被测物体的温度信息显示到LCD屏幕上,LCD的背光一般采用一个LED灯。如果被测物体的温度高于37℃,蜂鸣器就会进行提示。

红外体温检测仪对设备电池供电的续航提出了要求,因此测温仪的低功耗运行便成为系统设计的关键挑战。为了匹配MCU的工作性能,常见的供电电压为3.3V/5V。LCD屏幕常见的供电电压为3V。

图4是一个典型AAA电池的放电曲线,一般MCU的最低工作电压为2.2V。在两节电池串联供电的场合下, 考虑干电池的内阻为300毫欧时,在50mA的放电电流之下,单节电池在1.25V时已经不能为MCU提供电能。通过电池厂家提供的数据手册可以得到单节电池1.25V时的放电时长为10h,而在0.8V时放电时长可达到22h。相比于电池直接为MCU供电的方式,采用Boost芯片后可以在同样功耗下将系统的运行时间延长大约120%。

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图4. AAA电池在21℃的放电曲线(来自Energizer数据手册)

1.3 血氧测试

通过检测还原血红蛋白和有氧合血红蛋白,对红光LED(660nm)和红外光LED(910nm)这两种不同波长的光吸收的区别,将检测的数据差作为血氧饱和度最基本的数据。

根据“第四版新型冠状病毒诊疗方案”,静息状态下(没有运动和情绪激动)血氧低于93%(居家建议低于95%),可能有肺部感染,建议即时就医诊治。

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图5. 血氧测试仪组成:

电源轨部分:

系统的输入是1~2节的AAA电池,通过一个低功耗的boost将电压升到一个稳定的值,一般是3.3V,来为MCU,LED传感器,运放以及LCD供电。如果客户对系统的噪声比较敏感,也可在Boost之后级联一个LDO为光电传感器,调理运放以及MCU进行供电。

信号链部分:

系统开机后,发射装置启动,红外光和红光LED交替发光。此时将被测物放在发射装置与接收传感器(多为光电二极管)之间,通过运放将接收到的模拟信号进行滤波与放大。经由ADC进行采集(多集成在MCU内部),最终MCU将处理过的信号输出在小型液晶上。

在血氧测试仪使用中,红外LED的供电电压大概在3.3V左右,所以需要一个升压芯片把2s AAA电池的电压升高到3.3V给红光LED和红外LED交替供电,此时LED驱动电流会有几十Hz到几百Hz的负载瞬变。瞬变过程中需要保证红外发射接收装置信号的稳定性来提升测量的精确性。这也对升压芯片负载瞬态响应性能提出了要求。

因为只有在检测时血氧仪才会开始工作,大多时候系统都是关断的,所以boost的关断电流对系统的总体损耗至关重要。TPS61023 100nA的超低关断电流,可以在很大程度上帮助客户延长使用时间。由于整个系统在运行时电源功耗也比较低,因此PFM的方式也能极大的提升系统的工作效率。

同样,Boost芯片可以在稳定输出电压的同时,可以充分利用电池的电量,从而延长系统的使用时间。

为了给客户带来较好的用户体验,轻载高效、低关断电流、快速响应、低成本也是客户主要关心的特性。

2 TI boost解决方案

针对如上设计要求,TI提供了一款低功耗高效率的升压芯片解决方案。

TPS61023具有如下特性:

TPS61023是一个支持0.5 V至5.5 V的同步升压转换器。超低的输入电压可以使电池深度放电。

TPS61023具有68mΩ和47 mΩ上下管MOSFET的导通电阻,来保证系统高效的工作。在轻载下可以进入省电模式在整个条件下保持高效率的条件负载电流范围。

TPS61023具有100nA的关断电流,适用于不总是在线的应用来实现更长的电池寿命生活。

TPS61023具有5.7V输出过压保护,输出短路保护和热保护关机保护。

TPS61023提供了非常小的尺寸1.2mm×1.6mm SOT563(DRL)具有最少的外部组件数量。封装有利于工业场合。

在Vin》 Vout时提供了Pass by功能

先进的封装和晶圆技术保证成本上的优势。

3 TPS61023系统介绍:

TI的官网提供了TPS61023EVM-052 Evaluation module user‘s guide供设计者参考。本文根据该EVM板对客户关心的芯片效率特性以及负载响应特性进行了相关测试:

4.1 轻载高效:

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图 6. 不同输入下的负载效率Figure 7. 不同输出下的负载效率

当输出在20mA到200mA的场合下,TPS61023的效率可以高达95%左右,可以极大的提升系统在运行时的效率。

4.2 关断电流特性

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图 8. 关断电流 vs 温度

系统的关断电流在常温下低至100nA,从而极大的延长电池的存储时长。

4.3 瞬态响应特性

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图9. 负载瞬态响应

系统可以在高达2500kHz的负载阶跃下具有良好的速度响应特性和小于6%的电压过充。

根据TPS61023的特性以及相关波形,可以发现TPS61023是一款非常适合用于电动口罩,红外测温仪以及血氧浓度仪的高效率升压芯片。

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    发表于 05-08 23:23 ? 1585次 阅读
    这个电路上芯片丝印字看不清 已经上电路图 请问能推理来吗?

    STEVAL-ILL032V1 STEVAL-ILL032V1基于所述STP24DP05BTR多色LED矩阵演示板

    每个显示面板4个STP24DP05BTR驱动 8分的面板可以使用串联的扁平带状电缆级联 符合RoHS 在STEVAL-ILL032V1是一个演示板特色的STP24DP05BTR RGB LED驱动器来驱动RGB LED矩阵面板。
    发表于 05-20 20:05 ? 159次 阅读

    STEVAL-ILL013V1 STEVAL-ILL013V180 W离线PFC和LED驱动器演示板具有调光基础上 L6562A

    5和EN61000-3-2兼容 EMI滤波器来实现 非隔离SMPS 通用PWM调光输入(外部电路板) 80瓦的LED驱动器 高效率(?90%) 350毫安700 mA和1所述的LED电流设置 高功率因数:0.982为230 V / 50Hz的AC 亮度调节0和100%之间的 宽输入电压范围:88 V至265 VAC 在照明应用中使用高功率LED的正变得越来越流行,由于在照明效率,更长的寿命,更高的可靠性和总体成本效率迅速改善。调光funtions更容易在发光二极管实现的,它们是更健壮的,并且与其它光源提供更宽的设计灵活性。...
    发表于 05-20 20:05 ? 225次 阅读

    STEVAL-ILL033V1 STEVAL-ILL033V1基于所述STM32F103VET6用于多色LED矩阵演示板主/从控制

    与PS2键盘接口用于数据输入单元 与LCD控制单元,用于显示文本和背景色彩选择 8块板可以串接使用扁平带状电缆 3种配置模式:数据输入,音频回放或示范 符合RoHS 在STEVAL- ILL033V1演示板功能作为一个完整的系统的STP24DP05 RGB LED驱动器的能力来驱动RGB LED矩阵显示面板,其显示的控制基板。完整的系统包括一个控制基板和一个RGB LED矩阵显示面板。
    发表于 05-20 20:05 ? 164次 阅读

    STEVAL-IPM07F STEVAL-IPM07F基于STGIF7CH60TS-L SLLIMM 700瓦特电机控制电源板?第二系列IPM

    电压:125 - 400伏 DC 额定功率:高达700瓦 额定电流:高达4.2 A 输入辅助电压:高达20 V DC 单或用于电流检测的三分流电阻(与感测网络) 对于当前两个选项感测:专用的运算放大器或通过MCU 过电流硬件保护 在STEVAL-IPM07F是基于小低的小型电动机驱动电源板-Loss智能模塑模块SLLIMM?2
    发表于 05-20 20:05 ? 244次 阅读

    EVAL6482H-DISC 开发工具 探索L6482电机控制器

    范围从10.5 V至为85V 相电流高达7.8 A 均方根 足迹为外部谐振器或晶体 切换电动机输入控制 键开始/左 - 停止/右 - 复位 就绪,忙碌,错误LED指示器 备用LED指标具体设计 在L6482发现是一个低成本的开发工具来探索L6482马达控制器。
    发表于 05-20 20:05 ? 252次 阅读

    STM86312 STM863121/4至十一分之一占空比VFD控制器/驱动器

    ernal resistor necessary for driver output (P-channel open drain + pull down resistor output) General purpose input port (4 bits) Many display modes (11 segments & 11 digits to 16 segments & 4 digits) Dimming circuit (eight steps) Key scanning (6 x 4 matrix) LED ports (4 chs, 20mA max) Serial interface (CLK, STB, DIN, DOUT) High-voltage output (VDD- 35V max) The STM86312 is a VFD (Vacuum Fluorescent Display) controller/driver that is driven on a 1/4 to 1/11-duty factor. It consists of 11-segments output lines, 6 grid output lines, 5 segments/grid output drive lines, a display memory, a control circuit, and a key scan circuit. Serial data are input to the STM86312 through a three-line serial interface. This VFD controller/driver is ideal as a peripheral device for a single-chip microcomputer....
    发表于 05-20 20:05 ? 396次 阅读

    PM6776 PM6776带有PMBus 6 + 1的双通道数字VR13多相控制器?

    尔? VR13 6 + 1相紧凑数字控制器 VR13符合25MHz的SVID总线rev.1.7 高性能数字控制回路(数字STVCOT?) 专有自动调谐技术 通过PMBus的完全可配置的? AutoDPM - 自动动态相位管理 远程感; 0.5%Vout的精度与校准 使用校准 在PM6776是被设计为功率英特尔VR13处理器的高性能数字双控制器电流监测信号:所有所需的参数是通过PMBus的?接口编程。
    发表于 05-20 19:05 ? 426次 阅读

    CLOUD-ST25TA02KB CLOUD-ST25TA02KB评估板ST25TA系列

    使用的印刷电路板用 ST25TA02KB-P NFC /在UFDFPN5ECOPACK?2包RFID标签 19平方毫米单层感性天线,蚀刻在PCB上 非接触式接口 TruST25?数字签名 NFC论坛类型4标签 ISO / IEC 14443类型A 106 kbps的数据速率 内部50 pF的调谐电容,从而实现了小电感天线设计 内存 256字节(2千位)EEPROM与NDEF数据支持 200年的数据保存 百万擦除 - 写周期耐力 128位的密码数据保护 用抗撕裂特征 数字垫 可配置的通用指示输出(GPO),例如,RF场检测 云ST25TA02KB是现成使用的演示板旨在评价T他ST25TA02KB-P设备。...
    发表于 05-20 19:05 ? 321次 阅读

    AEK-MOT-SM81M1 AEK-MOT-SM81M1根据该L99SM81V用于汽车应用的步进电机驱动器评估板

    用于汽车应用L99SM81V可编程步进电机驱动器板的功能: 具有微步进和保持功能 BEMF监测失速检测 经由SPI可编程配置 5V内部线性电压调节器(输出上板连接器可用) 板反向电池保护用STD95N4F3 MOSFET,其可以具有两个被取代可选地安装二极管和一个跨接 输入工作电压范围从6 V至28 V 输出电流至1.35A 板尺寸:65毫米长×81毫米宽×11毫米最大元件高度 WEEE和RoHS标准 所有ST组分是合格汽车级 的AutoDevKit部分?主动 应用:汽车双极步进电动机 在AEK-MOT-SM81M1评估板设计用于驱动在微步进模式中的双极步进电机,与COI升电压监测失速检测。...
    发表于 05-20 18:05 ? 302次 阅读

    ST-MOSFET-FINDER ST-MOSFET-FINDERSTPOWER MOSFET取景移动应用程序的平板电脑和智能手机

    或产品号的产品搜索能力 技术数据表下载和离线咨询 访问主要产品规格(主要电气参数,产品一般说明,主要特点和市场地位) 对产品和数据表 能够通过社交媒体或通过电子邮件共享技术文档 适用于Android收藏节?和iOS?应用商店 ST-MOSFET-Finder是可用于Android?和iOS?的应用程序,它可以让你探索的ST功率MOSFET产品组合使用便携设备。您可以轻松地定义设备最适合使用参数搜索引擎应用程序。您还可以找到你的产品由于采用了高效的零件号的搜索引擎。...
    发表于 05-20 17:05 ? 293次 阅读

    STM805T/S/R STM805T/S/R3V主管

    RST 输出 NVRAM监督员为外部LPSRAM 芯片使能选通(STM795只)用于外部LPSRAM( 7 ns最大值丙延迟) 手册(按钮)复位输入 200毫秒(典型值)吨 REC 看门狗计时器 - 1.6秒(典型值) 自动电池切换 在STM690 /795分之704/804分之802/八百零六分之八百零五监督员是自载装置,其提供微处理器监控功能与能力的非挥发和写保护外部LPSRAM。精密电压基准和比较监视器在V
    发表于 05-20 16:05 ? 269次 阅读

    STEVAL-POE006V1 STEVAL-POE006V13.3V / 20A 有源钳位正激转换器 以太网供电(PoE)的IEEE 802.3bt标准的参考设计

    805的PoE-PD接口的 特点: 系统在封装中集成一个双活性桥,热插拔MOSFET和PoE的PD 支持传统高功率,4对应用 100伏与0.2Ω总路径电阻N沟道MOSFET,以每个有源桥 标识哪些种PSE(标准或传统)它被连接到,并提供成功的符合IEEE 802.3af / AT / BT分类指示为T0,T1和T2信号的组合(漏极开路) 通过STBY,仿和RAUX控制信号智能操作模式选择的PM8804 PWM控制器的 QFN 56 8x8mm封装43个管脚和6个露出垫 特点: PWM峰值电流模式控制器 输入操作电压高达75伏 内部高电压启动调节器与20毫安能力 可编程固定频率高达1MHz 可设置的时间 软关闭(任选地禁用) 双1A PK ,低侧互补栅极驱动器 GATE2可以被关闭以降低功耗 80 %的最大占空比与内部斜率补偿 QFN 16 3x3mm的封装,带有裸垫 此参考设计表示3.3 V,20 A转换器解决方案非常适合各种应用,包括无线接入点,具有的PoE-PD接口和一个DC-DC有源钳位正激变换器提供。...
    发表于 05-20 12:05 ? 151次 阅读

    STEVAL-ISA165V1 用于与STP120N4F6 LLC谐振转换器SRK2001自适应同步整流控制器

    LLC谐振变换器的同步整流器,具有自适应的导通和关断 V CC 范围:4.5 V至32 V 最大频率:500kHz的 对于N沟道MOSFET双栅驱动器(STRD级驱动程序) SR MOSFET类型:STP120N4F6(40 N - 4.3MΩ)TO -220 符合RoHS 在STEVAL-ISA165V1是产品评估电路板,旨在演示SRK2001同步整流控制器的性能。所述SRK2001器具的控制方案特异于在使用的变压器与绕组的全波整流中间抽头次级LLC谐振转换器的次级侧同步整流。它提供了两个高电流栅极驱动输出(用于驱动N沟道功率MOSFET)。每个栅极驱动器被单独地控制和联锁逻辑电路防止两个同步整流器(SR)MOSFET同时导通。装置的操作是基于两者的导通和关断的同步整流MOSFET的自适应算法。在快速的负载转变或上述谐振操作期间,另外的关断机构设置的基础上,比较器ZCD_OFF触发非常快的MOSFET关断栅极驱动电路。该板包括两个SR的MOSFET(在一个TO-220封装),并且可以在一个现有的转换器,作为整流二极管的替代很容易地实现。...
    发表于 05-20 12:05 ? 166次 阅读

    PA192 PA192PA192是用于在小的 硬币 的形式因子音频分析和特别适合于与传感器语音识别和语音asssistant应用程序 处理和无线产品加速器

    发表于 05-20 11:05 ? 235次 阅读

    TERARANGER EVO TeraRanger EvoLED测距仪 60米范围内仅重9克 完美的机器人 自动化和智能城市

    发表于 05-20 11:05 ? 204次 阅读

    SENSIBLE SensiBLE准备使用的BLE上系统模块填充有传感器 低功率的ARM 32位Cortex?-M4 CPU和硬币型电池 今天加快物联网产品的研发!

    发表于 05-20 11:05 ? 265次 阅读

    EMB1061 EMB1061EMB1061是采用ST BlueNRG-132 BLE模块

    发表于 05-20 11:05 ? 268次 阅读

    DHCOM STM32MP1 DHCOM STM32MP1该DHCOM STM32MP15x是我们的可插拔计算机模块系列(SODIMM-200)的一部分 它配备了新的STM32MP1系列处理器

    发表于 05-20 11:05 ? 563次 阅读

    FERRITE FLEXIBLE SHEET ANTENNAS Ferrite flexible sheet antennas用于NFC和RF-ID的小柔性片天线 结合了我们的高性能磁座

    发表于 05-20 11:05 ? 486次 阅读

    STEVAL-IPMM15B STEVAL-IPMM15B基于STIB1560DM2T-L SLLIMM第二系列MOSFET IPM 1500W的电机控制电源板

    电压:125 - 400 VDC 额定功率:高达1500W的 允许的最大功率是关系到应用条件和冷却系统 额定电流:最多6 A 均方根 输入辅助电压:高达20 V DC 单或用于电流检测的三分流电阻(与感测网络) 电流检测两个选项:专用的运算放大器或通过MCU 过电流保护硬件 IPM的温度监测和保护 在STEVAL-IPMM15B是配备有SLLIMM(小低损耗智能模制模块)第二串联模块的小型电动机驱动电源板第二系列n沟道超结的MDmesh?DM2快速恢复二极管(STIB1560DM2T-L)。它提供了一种用于驱动高功率电机,用于宽范围的应用,如白色家电,空调机,压缩机,电动风扇,高端电动工具,并且通常为电机驱动器3相逆变器的负担得起的,易于使用的解决方案。...
    发表于 05-20 10:05 ? 230次 阅读
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