可穿戴设备电池寿命长的秘诀：选择合适的负载开关

可穿戴设备的设计者——包括智能手表、健身追踪器、心脏监测器和许多其他设备——一直在努力寻找延长电池寿命的方法，以提高用户的便利性。然而，尽管在设计和功能方面取得了所有进步，但可穿戴设备通常需要频繁充电。这是因为大多数可穿戴设备都使用为平板电脑等大型设备设计的相同负载开关，这些设备的电池容量比可穿戴设备大得多，而且电池耗尽的漏电流和导通电阻不太重要。

为了应对这一挑战，新型超低漏电流负载开关正在为可穿戴设备的高效电源管理设定标准。通过使用先进的负载开关，可以显着提高效率。这些节省将转化为更小的电池或更长的电池寿命，并使可穿戴产品在竞争激烈的市场中脱颖而出。

可穿戴设备中的电池效率

在可穿戴产品中，负载开关以最小的占用空间和几乎为零的漏电流和/或导通电阻执行基本的电池管理任务。然而，用于笔记本电脑和平板电脑的 IC 负载开关根本无法满足这些需求。

一个典型的可穿戴应用示例(图 1)包括多个环境传感器、GPS、显示器、内存、无线连接和一个快速、功能丰富的微控制器 (MCU)。为了延长电池寿命，该电路包括多个负载开关，用于按顺序打开设备或将设备置于“睡眠”模式并根据需要关闭功能。

在这方面，框图中显示的示例与典型的手持平板电脑或移动电话的示例没有本质区别。不同之处在于这些设备的尺寸和性能。

图 1：新型高性能负载开关可以延长可穿戴电池的使用寿命数小时甚至数天。

可穿戴设备中使用的许多功能设备(包括连接、传感和 MCU)都带有省电模式，这些模式为开发人员提供了一种低功耗控制的错误感觉。表 1 显示了典型的 IC 和模块组合消耗的低功耗模式电流示例。

表 1：典型的低端可穿戴功能及其消耗的功率。

表 2 描述了高性能应用所需的其他功能的电流消耗。再加上 MCU/APU 等设备，待机电流真的可以加起来。所有必需的功能都可以将设备变成“电源怪物”。

表 2：不提供所需低待机电流的典型器件。

选择负载开关的标准

可穿戴设备的设计者需要考虑负载开关的选择标准。以下是比较可用设备性能的示例。

大部分打开与大部分关闭取决于子系统是打开还是关闭，负载开关的不同参数变得很重要。大多数开关都针对一种情况进行了优化，但没有针对两种情况进行优化。

在“大部分关闭”子系统的情况下，电流待机 I SD (待机电流泄漏)成为需要考虑的最重要参数。市场上最好的器件远低于 1 μA。表 3 包括符合此标准的设备。 该表标志着显着的改进，显示先进的低泄漏电流负载开关 GLF71301 器件可在 7 nA 时提供一流的 I SD 。

表 3：与竞争器件相比，GLF 负载开关的 I Q 和 I SD性能。

如果子系统“大部分开启”，则开关的开启电阻 R ON变得至关重要。设计人员应在最大工作范围内寻找 小于 100 mΩ的 R ON 。表 4 提供了一些提供最低 R ON的器件的样本。如图所示，GLF71321 负载开关提供最佳 R ON 性能(5.5 V 时为 17 mΩ，3.3 V 时为 21 mΩ)。

表 4：与竞争器件相比，GLF 负载开关的 R ON性能。

电压范围大多数可穿戴设备都有几种不同的电压轨，从 CPU 内核的 1.1 V 到更高电压外设的 5.0 V。具有更广泛电压轨选项的负载开关可以帮助管理库存并在整个过程中使用。表 3 和表 4中列出的所有设备均 符合此标准。

从这些表格中提供的信息可以清楚地看出，I SD 和 R ON 都会对电池寿命产生重大影响。另一个需要考虑的因素是器件的静态电流 (I Q )。这是设备在“ON”状态时消耗的“开销”电流。对这两张表的快速回顾表明，GLF 设备比其他设备低数百倍。

可穿戴设备的未来

预计到 2025 年，将有超过 1 万亿台物联网设备在运行;其中，很大一部分将属于可穿戴产品。消费者将继续期望可穿戴设备需要更少的充电频率。反过来，这将使应用工程师有必要尽可能采用电池效率最高的设计技术。

选择最新的超低漏电流负载开关为设计人员提供了一种提高可穿戴设备电池寿命的有效方法。与更适合大型便携式电子设备的传统设备不同，这些经过优化的可穿戴负载开关可以轻松地将充电之间的操作时间从几天延长到几周。