如何使用负载开关为可穿戴设备供电

在短短五年内，可穿戴设备已经从本质上不存在变成了日常生活中不可或缺的一部分。随着这些设备的不断普及，它们的功能集也变得更加多样化。最初是一种跟踪步数的简单方法，现在变成了一个腕戴式数据中心，可以聆听每一次心跳并分析每封电子邮件。这些复杂的特性意味着工程师面临额外的设计挑战。

在设计可穿戴设备时，我们必须考虑许多要求，包括尺寸、成本和性能。在这篇文章中，我将重点讨论集成负载开关可以解决的两个问题：

· 最大限度地减少子系统和其他组件的泄漏电流。

· 保护系统免受浪涌电流和其他电流尖峰的影响。

如何最小化子系统和其他组件的泄漏电流

可穿戴设备面临的最大挑战之一是它们的小尺寸。这不仅使布局变得困难，而且由于电池的尺寸受到限制，因此提出了更大的问题。为了延长电池寿命，设计人员必须考虑系统中的每一个泄漏源。最大的泄漏通常来自子系统，例如蓝牙® 电路或心率监测信号链，它们仅在某些操作模式下开启。即使在禁用时，DC/DC 和线性稳压器 (LDO) 等电路也会出现高泄漏。通过在子系统和电源之间插入TPS22915等小型负载开关，我们可以显着降低泄漏电流（图 1）。

图 1：使用和不使用负载开关的漏电流比较

此外，TPS22915还集成了快速输出放电 (QOD)，可在开关关闭时将输出接地。这保证了下游子系统或附加电路完全关闭，从而导致可能的最低泄漏。

如何保护系统免受浪涌电流和其他电流尖峰的影响

随着客户对新功能的需求以及设计师被迫降低成本和节省电路板空间，很容易将保护放在低优先级。但是，通过在我们的设计中使用集成负载开关，我们可以添加针对浪涌电流和其他电流尖峰事件的保护。

浪涌电流控制是可穿戴设备的常见问题。打开子系统时，输入轨可能会因快速充电的负载电容而下降（图 2）。所有TI 负载开关都通过控制负载开关输出电压的上升时间和限制浪涌电流来解决此问题，以确保子系统在输入轨上看到受控电流（图 3）。

图 2：开启子系统的浪涌电流

图 3：负载开关提供的压摆率控制

此外，TI 负载开关（例如TPS22946）还包含电流限制等保护功能。

TPS22946是一种超低功率负载开关，在高电流条件下为系统和负载提供保护。该器件包含一个300-mΩ限流P沟道MOSFET，可在1.62 V至5.5 V的输入电压范围内工作。开关由一个on/off输入（on）控制，该输入可直接与低压控制信号接口。TPS22946包括热关机保护，当连续过电流条件通过关闭开关导致过热时，可防止设备损坏。
当开关电流达到最大限值时，TPS22946以恒流模式工作，以防止过大电流造成损坏。可使用CL输入选择电流限制：高CL输入将电流限制设置为155 mA，低CL输入将电流限制设置为70 mA，浮动CL输入将电流限制设置为30 mA。
如果10 ms后恒流条件依然存在，则开关将关闭，故障信号引脚脚（OC）拉低。TPS22946具有自动重启功能，如果on引脚仍处于激活状态，该功能可在70 ms后再次打开开关。如果TPS22946在过流状态下保持5秒钟，则该设备将关闭，直到通过将on控制信号设置为off然后on再次打开。
如果该装置用于保护LDO，在某些情况下，LDO在启动时所需的浪涌电流可能超过电流限制，并启动消隐（限流）条件。TPS22946通过在负载开关启用后将电流限制临时增加至435 mA并持续8 ms，在LDO启动期间为这种情况提供余量。
TPS22946采用节省空间的6引脚DSBGA（YZP）封装。该装置的特点是可在-40°C至85°C的自由空气温度范围内运行。

限流可确保向系统提供恒定电流，尽管存在任何可能被子系统或某些外部电路拉动的过大电流。这对于使用 USB 作为电池充电源的设备尤其重要。 

在我们的设计中添加集成负载开关可以通过减少泄漏电流来延长设备的电池寿命，并且可以通过防止电流尖峰来提高可靠性。借助 TI 负载开关，我们可以在对电路板空间或成本影响最小的情况下获得这些优势。立即开始将负载开关集成到我们的设计中，并在下方查看我们的其他资源！