TI电流检测器件INA系列在TWS电池盒里的应用

   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的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。

  

                                                                                                                  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。

 

                                                                               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%