TPS60123为健康保驾护航

2023-5-21 19:04| 发布者: 开心| 查看: 82| 评论: 0

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摘要: {本文由家电维修技术论坛小编收集整理资料}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 ...

{本文由家电维修技术论坛小编收集整理资料}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。

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LDO为MCU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。

图2. RDS (ON) vs Power Supply at 25°C 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。

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%。

图4. AAA电池在21℃的放电曲线（来自Energizer数据手册） 1.3 血氧测试仪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

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