探究TI電流檢測(cè)器件INA系列在TWS電池盒里的應(yīng)用
Other Parts Discussed in Post:BQ25619, INA2180
隨著TWS耳機(jī)爆發(fā)式的增長(zhǎng)，對(duì)耳機(jī)及電池盒的續(xù)航提出了更高的要求，一般可以從以下幾點(diǎn)去提高續(xù)航。
1) 使用更大容量的電池來提高續(xù)航能力，缺點(diǎn)在于耳機(jī)及電池盒小巧的體積很難容下大體積的電池，同時(shí)大容量電池會(huì)過重。
2) 提高工作效率，減少器件的漏電流。耳機(jī)芯片可以選用BQ25150A類似的只有400-nA漏電流的線性充電芯片。充電盒芯片可以選用BQ25619類似的只有幾個(gè)微安漏電流的開關(guān)充電芯片，提高充電速度以及改善熱問題。
3) 優(yōu)化系統(tǒng)，減少損耗，增加續(xù)航時(shí)間。
下面，我們從第三方面去介紹TI的電流采樣芯片在優(yōu)化系統(tǒng)，減少損耗上的應(yīng)用。
框圖一是一個(gè)典型的TWS耳機(jī)系統(tǒng)框圖。其中紅色電流采樣部分，是為了在小電流，一般會(huì)低于5mA，將升壓電路關(guān)閉，從而減少損耗。
圖一
電流采樣電路一般會(huì)采用2種方式：
1) 采用1歐姆左右的采樣電阻，簡(jiǎn)單方便，直接可以讀取電阻上的電壓給MCU，從而控制升壓電路的開關(guān)。但是1歐姆的電阻也會(huì)帶來更大的壓降，當(dāng)給耳機(jī)充電電流減小到5mA左右，電阻上的壓降只有5mV，不會(huì)有什么影響。當(dāng)耳機(jī)的充電電流加大，2只耳機(jī)上的充電電流相加可能會(huì)達(dá)到300mA或以上，電阻上的壓降就有300mV，不能忽略不計(jì)了。下面的表格計(jì)算了一個(gè)升壓芯片的誤差，包括反饋誤差2%和分壓電阻誤差1%，從計(jì)算可以看出來輸出電壓最大偏差+/-0.18V，為了輸出端得到一個(gè)穩(wěn)定的5V電壓需要考慮電阻上300mV的壓降，輸出電壓需要加上300mV，最大會(huì)達(dá)到5.48V，在輕載的時(shí)候，這個(gè)電壓會(huì)給后端系統(tǒng)帶來相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)。
| 最小值 | 典型值 | 最大值 | |
| 輸出(V) | 4.82 | 5 | 5.18 |
| 反饋誤差(V) | 0.98 | 1 | 1.02 |
| 上分壓電阻R1(K Ohm) | 99 | 100 | 101 |
| 下分壓電阻R2(K Ohm) | 25.25 | 25 | 24.75 |
2) 采用電流檢測(cè)芯片，如下圖二所示為TI的INA系列電流檢測(cè)芯片的框圖，有如下優(yōu)點(diǎn)：
a) 外置的電流采樣電阻可以使用毫歐級(jí)別的阻值，從而極大的降低電阻上的壓降。減少損耗的同時(shí)，保證輸出電壓的精度。
b) 最小電流精度可以做到全量程1%左右，從而很容易的實(shí)現(xiàn)小電流關(guān)斷，同時(shí)可以讓耳機(jī)電池充的更滿一些，提高續(xù)航。
c) 有SC70, SOT563,DSBGA及UQFN等小封裝選擇，外圍簡(jiǎn)單，靈活方便。
d) 如果想對(duì)2個(gè)耳機(jī)分別監(jiān)測(cè)，還可以采用雙通道的INA2180A2芯片。
圖二
以下四顆物料可以根據(jù)需求選擇，其中INA2180是雙通道的，可以同時(shí)檢測(cè)2個(gè)耳機(jī)的電流。
| 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% |
審核編輯：金巧
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