针对医疗设备的 DC/DC 转换器解决方案

凌力尔特从开始就一直服务于医疗市场。我们最近看到，低功率精确组件已经使便携式和无线医疗仪器出现了快速增长。不过，与其他很多应用不同，这些医疗产品通常对可靠性、运行时间和坚固性有高得多的要求。这种负担大部分落到了电源系统及其组件上。医疗产品必须在使用各种电源时正确运行，并能够在这些电源之间无缝切换，例如 AC 电源插座、备份电池甚至收集的环境能源。此外，必须花费大量时间研究怎样针对故障提供保护和容错，怎样在电池供电时最大限度延长电池运行时间，以及确保无论有效电源是否存在，系统都能正常运行。

目前，促进便携式和无线医疗仪器增长的主要趋势之一是患者护理。尤其是，位于患者家中的远程监视系统的使用日渐增多。出现这种趋势的原因从本质上说纯粹是经济性的，让患者住在医院的成本简直令人望而却步。因此，这类便携式电子监视系统很多都必须纳入 RF 发送器，以便所收集的任何患者数据都能够直接发送到位于医院中的监察系统，方便主管医生查阅和分析。

考虑到以上情况，可以合理假定，向患者提供合适的医疗仪器供他们在家里使用，比让患者住院观察成本更低。然而，非常重要的一点是，患者使用的设备必须可靠、万无一失。因此，这类产品的制造商和设计师都必须确保这些产品可以无缝地用多种电源运行，并非常可靠地无线传送所收集的患者数据。这就要求设计师确保电源管理架构可靠、灵活、紧凑和高效率。

幸运的是，凌力尔特公司凭借自己的产品创新和技术专长，针对这些问题提供了解决方案。既然医疗电子系统中有很多应用需要连续供电，甚至在交流供电系统中断时，那么一个关键要求就是低静态电流，以延长电池寿命。相应地，凌力尔特自2000年以来，一直生产备用静态电流低于 100mA 的开关稳压器。实际上，我们最近推出的一些产品，其静态电流已经低至 2.5mA 了。因此，这些产品已经为进入采用备份电池的医疗电子系统做好了准备。

尽管开关稳压器比线性稳压器产生更大的噪声，但是其效率出色得多。在很多敏感应用中已经证明，只要开关行为可预测，那么噪声和 EMI 的大小就都是可控的。如果开关稳压器在正常工作模式以恒定频率切换，且开关边沿是干净和可预测的，没有过冲或高频振铃，那么 EMI 就可以最小化。小型封装和高工作频率可以提供占板面积很小的紧凑布局，这最大限度减小了 EMI 辐射。此外，如果稳压器可以使用低 ESR 陶瓷电容器，那么输入和输出电压纹波都可以最小化，这两种纹波都是系统中额外的噪声源。

在如今功能丰富的医疗设备中，电源轨的数量已经增多了，但是工作电压却在持续降低。然而，很多这类系统仍然需要 3V、3.3V 或 3.6V 轨，以给低功率传感器、存储器、微控制器内核、I/O 和逻辑电路供电。此外，因为医疗系统的正常运行有时是至关重要的，因此很多系统都采用了备份电池，以防给系统供电的交流电源发生故障。

过去，这类系统的电压轨是由降压型开关稳压器或低压差稳压器供电的。不过，因为这类 IC 不能利用电池的全部工作范围，所以缩短了设备电池的可能运行时间。因此，当使用降压-升压型转换器时 (可以提高或降低电压)，将允许利用电池的全部工作范围。这增大了运行裕度，并延长了电池运行时间，因为利用了更多电池可用电量，尤其是在靠近放电曲线的较低端时。

显然，满足主电池系统应用需求并解决上述有关问题的 DC/DC 转换器解决方案应该具备以下特点：

1)降压-升压型 DC/DC 架构，具备很宽的输入电压范围，可通过各种电池电源、在相关电压范围内调节 Vout。

2)运行模式和停机模式都具备超低静态电流，以延长电池运行时间。

3)能够以高效率给系统轨供电。

4)能够在不对 IC 静态电流造成显著影响的情况下，准确进行库伦计数，以确定电池的充电状态。

5)限制电流以衰减浪涌电流，保护电池。

6)小型、很轻和扁平的解决方案。

7)先进封装提高热性能和空间利用率。

凌力尔特最近推出的产品 LTC3335 就具备了上述所有特性，这是一款集成了库伦计数器的毫微功率降压-升压型转换器。该器件为主电池应用而设计，这类应用需要真正的低静态电流，还需要知道有关剩余电池电量的信息。或者说，需要知道库伦计数器检测到的潜在电池组件或负载泄漏达到什么程度，才可以确认系统出现故障。参见图 1。

图 1：集成了库伦计数器的降压-升压型转换器LTC3335

LTC3335 是一款毫微功率高效率同步降压-升压型转换器，内置了精确的库伦计数器，提供高达 50mA 的连续输出电流。该器件具备仅为 680nA 的静态电流和从低至 5mA 到高达 250mA 的可编程峰值输入电流，非常适合多种低功率电池应用，例如使用备份电池的便携式健康状态监测系统中那类电池应用。其 1.8V 至 5.5V 输入范围和 8 个 1.8V 至 5V 的用户可选输出提供了一个稳定的输出电源，输入电压可以高于、低于或等于输出。此外，该器件集成了精确的 (电池放电测量准确度为 ±5%) 库伦计数器，在长寿命不可再充电电池供电应用中，可准确监视累计电池放电量，这类电池供电应用很多都有极度平坦的电池放电曲线。LTC3335 包括 4 个内部低 RDSON MOSFET，可提供高达 90% 的效率。其他特点包括可编程放电报警门限、用于库伦计数和器件设定的 I2C 接口、一个电源良好输出以及 8 个从 5mA 至高达 250mA 的可选峰值输入电流，以适合多种类型和尺寸的电池。LTC3335 的工作结温范围为 -40°C 至 +125°C，采用耐热增强型 20 引线 3mm x 4mm QFN 封装。