如何为电池供电的医疗或物联网设备供电

电池供电的无线连接设备在当今社会变得越来越普遍。在无线和电池技术进步的推动下，再加上不断缩小的电子元件消耗更少的电力以及准备收集、分析和传播数据的基于云的服务，这些设备通常用于消费、医疗和可穿戴设备以及在商业和工业应用中。

无论设备是可穿戴连续血糖监测仪 (CGM)、可摄取或植入式医疗设备，还是智能家居设备、资产跟踪器或环境监测仪，都具有体积小、寿命长、可靠性和易于操作的共同要求利用。这些产品的设计人员面临的主要问题之一是在需要时为设备供电。

仅在需要时为 IoT 设备供电（或在部署之前保持其断电）至关重要，因为设计人员希望尽可能使用最小、成本最低的电池。因此，延长电池寿命始终是设计目标；在使用过程中以及通电之前，必须尽量减少电池消耗。

一个流行的例子是为 1 型或 2 型糖尿病患者开具的 CGM。该设备附着在患者的身体上，持续监测他/她的血糖水平。生成的数据以无线方式传输给患者、医生和/或胰岛素泵。CGM 必须非常小、“防水”且易于安装，并且在电池电量耗尽之前具有相当长的使用寿命。

在使用或部署时为这些设备供电有三个基本选项。对于这些选项中的每一个，需要考虑的基本变量是电池电流消耗、尺寸、入口保护和用户友好性。

图 1：TMR 磁传感器采用超小型封装尺寸，功耗几乎为零，其非接触式“开机”功能提高了易用性。

第一个“开机”选项是机电的，或常见的“开关”。此选项是为大多数电池供电的电子设备（如笔记本电脑和手机）供电的方法。尽管开关有多种形式（例如，按钮、滑块或拨动开关），但它们的操作原理相同，即打开和关闭机械触点以允许电流流动（关闭时）或完全阻止电流流动（打开时）。

关于电流消耗的首要考虑，机电开关是高效的，因为它是一种不消耗功率的无源器件。然而，就尺寸而言，机械开关是一个糟糕的选择，尤其是考虑到许多可穿戴、可摄取和可植入医疗设备以及其他小型物联网设备的尺寸限制。

在入口保护（或需要具有防水和防潮的设备）方面，机械开关不是最佳选择，因为设计的开关可以由用户机械移动到开/关位置，同时保持不渗透性具有挑战性。

最后，出于两个原因，考虑到用户友好性或易用性，机械开关的评价不佳。首先，因为用户必须实际执行此步骤（并且许多需要被指示这样做），所以对许多设备的要求是“开箱即用”——这与手动操作开关明显冲突。其次，非常小的机械开关需要非常小的设备，这可能会影响用户将开关实际移动到打开位置的能力，从而降低可用性。因此，总而言之，机械开关在电流消耗方面得分很高，但在防护等级、尺寸和易用性方面却很低。

无线开机是分析的第二个选项。由于这些设备已经具备传输数据的无线功能，因此设计人员在技术上可以使用相同的无线功能通过手机应用程序为设备供电。

从入口保护的角度来看，无线开机的评价很高。而且从尺寸的角度来看，无线开机的评价也很高，因为没有任何东西可以添加到设备中来实现此功能。

然而，从电流消耗的角度来看，无线开机得分极低，因为设备内部的无线接收器必须开机才能接收到开机信号。仅出于这个原因，无线开机很少用于对电池寿命有严格要求的设备。

图 2：技术比较

第三种选择是使用设备内部的磁传感器来启动开机功能。在这种情况下，向传感器施加磁场以触发通电。磁场通常由位于产品包装内或设备辅助组件（例如 CGM 的涂抹器）中的磁铁产生。用户也可以使用手持磁铁在设备上滑动来施加磁场。

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TMR 传感器如何工作？

磁性感应在侵入保护方面得分非常高（因为它是一种“非接触式”方法）。磁感应在易用性方面也得分很高——尤其是当磁铁可以嵌入设备包装（实现“开箱即用”）或设备的辅助组件（例如，涂抹器）中时）。有时，设备本身被设计为两个组件，在部署时必须将它们连接在一起。

就电流消耗和尺寸而言，磁感应的可取性完全取决于磁感应技术。较旧、更传统的磁传感技术类型要么体积小但功耗高（霍尔效应），要么体积大且功耗为零（簧片开关）。

然而，许多新设备都采用称为隧道磁阻 (TMR) 的新型磁传感技术设计，该技术具有非常小的尺寸（与 LGA-4 一样小）和极低的功耗，类似于簧片开关。实际上，TMR 磁传感器提供了“两全其美”。

随着当前旨在使生活更轻松、更安全、非接触式和/或可远程操作的新设备的涌现，电子设计人员不得不采用新技术来满足电池供电的可穿戴设备、可植入设备、可摄取设备、和其他物联网设备。在与小尺寸、低功耗、侵入保护和易用性相关的最佳功能方面，磁传感器——尤其是 TMR 传感器技术——正在帮助使“不可能”的设计成为可能。

审核编辑：汤梓红