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TI电流检测器件INA系列在TWS电池盒里的应用

星星科技指导员 来源:TI 作者:TI 2023-03-24 10:11 次阅读

随着TWS耳机爆发式的增长,对耳机及电池盒的续航提出了更高的要求,一般可以从以下几点去提高续航。

1) 使用更大容量的电池来提高续航能力,缺点在于耳机及电池盒小巧的体积很难容下大体积的电池,同时大容量电池会过重。

2) 提高工作效率,减少器件的漏电流。耳机芯片可以选用BQ25150A类似的只有400-nA漏电流的线性充电芯片。充电盒芯片可以选用BQ25619类似的只有几个微安漏电流的开关充电芯片,提高充电速度以及改善热问题。

3) 优化系统,减少损耗,增加续航时间。

下面,我们从第三方面去介绍TI电流采样芯片在优化系统,减少损耗上的应用。

框图一是一个典型的TWS耳机系统框图。其中红色电流采样部分,是为了在小电流,一般会低于5mA,将升压电路关闭,从而减少损耗。

pYYBAGQdBsiADFEuAAC55BDGzbw097.png

图一

电流采样电路一般会采用2种方式:

1) 采用1欧姆左右的采样电阻,简单方便,直接可以读取电阻上的电压给MCU,从而控制升压电路的开关。但是1欧姆的电阻也会带来更大的压降,当给耳机充电电流减小到5mA左右,电阻上的压降只有5mV,不会有什么影响。当耳机的充电电流加大,2只耳机上的充电电流相加可能会达到300mA或以上,电阻上的压降就有300mV,不能忽略不计了。下面的表格计算了一个升压芯片的误差,包括反馈误差2%和分压电阻误差1%,从计算可以看出来输出电压最大偏差+/-0.18V,为了输出端得到一个稳定的5V电压需要考虑电阻上300mV的压降,输出电压需要加上300mV,最大会达到5.48V,在轻载的时候,这个电压会给后端系统带来相当大的风险。

最小值 典型值 最大值
输出(V) 4.82 5 5.18
反馈误差(V) 0.98 1 1.02
上分压电阻R1(K Ohm) 99 100 101
下分压电阻R2(K Ohm) 25.25 25 24.75

2) 采用电流检测芯片,如下图二所示为TI的INA系列电流检测芯片的框图,有如下优点:

a) 外置的电流采样电阻可以使用毫欧级别的阻值,从而极大的降低电阻上的压降。减少损耗的同时,保证输出电压的精度。

b) 最小电流精度可以做到全量程1%左右,从而很容易的实现小电流关断,同时可以让耳机电池充的更满一些,提高续航。

c) 有SC70, SOT563,DSBGA及UQFN等小封装选择,外围简单,灵活方便。

d) 如果想对2个耳机分别监测,还可以采用双通道的INA2180A2芯片。

poYBAGQdBsmANH8BAABsXzkVcUw765.png

图二

以下四颗物料可以根据需求选择,其中INA2180是双通道的,可以同时检测2个耳机的电流。

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%

审核编辑:郭婷

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