适合电池长期工作的常见电源配置

生活中使用干电池的电器设备有很多，此外还有许多小型物联网设备、安全设备和工业机器传感器也都使用一次电池工作，并需要长期运作。

因此，在为传感器、MCU、无线通信功能提供超低功耗、高效率的电源的同时，电池控制、监控也变得重要。

本文将举例说明适合电池长期工作的常见电源配置，以及具有附加功能的解决方案，以降低运输和非使用期间的功耗。

电路框图(a)

电路框图(b)

备注：关于锂一次电池

3.0V是二氧化锰型 / 3.6V是亚硫酰氯型

框图	要求項目	推荐产品	特征
Push Button Load SW 用于电源切断	所需规格 待机电流 0uA 其他 产品出厂时关机状态 Push按钮一键启动 长按Push按钮强制关闭	XC6194	按钮式智能负载开关 关机功能使得出厂待机电流为1nA 也可以用作设备的主开关 可用于死机时的强制关机，也可通过UVLO功能防止液体泄漏 输入电压: 1.8~6.0V 输出电流: 1A Iq: 0.001μA@关机时, 0.13μA@开机时 按住SHDN Pin或长按Push按钮（Type A）关机，Push按钮可开机
升压/LDO 用于RF/Sensor	所需规格 输出电压: 3.0V 输出电流: 50mA 其他 通过MCU进行ON / OFF控制 低噪声	XCL102/XCL103 (XC9141/XC9142)	线圈集成升压DC/DC，PWM（XCL102），PWM / PFM（XCL103） 低纹波以及线圈一体型的低EMI，适用于RF/传感器 CE功能，只在RF/传感器运行时才提供电压 最适用于高效率应用的是XC9141/XC9142（外部线圈） 输入电压: 0.9~6.0V 输出电压: 2.2V~5.5V 输出电流: 350mA (1.8V to 3.3V) fosc: 3.0MHz
		XC6233(XC6215)	快速瞬态响应/高PSRR稳压器 降低前段DC/DC的波纹 适用于RF的高速瞬态响应 100kHz以上噪声重要的应用可使用低功耗LDO，XC6215有可能更合适 输入电压: 1.7~5.5V 输出电压: 1.2V~3.6V 输出电流: 200mA
RESET 用于电池电压监控器	所需规格 检测电压: 2.0V 超低电流消耗 其他 检测后也是低电流消耗	XC6136	超低消耗电压检测器 100nA级，电池负担极小 当电池电压与MCU相同时，CMOS输出最佳（XC6136 C型） 输入电压: 0.4~6.0V（可以保持检测状态的输入电压） 检测电压: 1.2V~5.0V Iq: 117nA@1.8V

解决方案概要

电路框图(a)是可将MCU直接连接到电池的情况。简单的IoT/安保/可穿戴/医疗的小型设备多为这种结构。

近年来，在1.8V～3.8V的大范围内工作的MCU越来越多。这种情况下，无需使用电源IC，即可直接连接到电池使用。

关于升压IC

对此，RF和传感器需要3.3V的固定电压，即使工作电压较宽，为了满足规格要求，也需要超过一定的电压，即需要升压IC。

RF和传感器不会一直工作，有时RF也会每天通信一次，而且是几秒钟。

此外，即使看起来像一直在工作，其实有很多情况是通过细致地ON/OFF控制降低电流消耗，延长电池寿命。

为实现上述工作，在需要时，MCU将对RF和传感器的工作进行ON/OFF控制。

此外停止时，不仅会停止RF和传感器的功能，还会使升压IC及稳压器停止工作，以确保延长电池寿命。

PWM固定型适用于抑制工作时的纹波，使其噪声频率恒定。

如果轻载的工作状态存在，则使用PWM/PFM转换（自动切换工作模式）型。此外，线圈一体型适用于抑制EMI，并使其小型化。

升压 DC/DC

XCL102: PWM, 线圈一体型

XCL103: PWM/PFM, 线圈一体型

XC9141: PWM, 外置线圈

XC9142: PWM/PFM, 外置线圈

关于LDO

为了使RF和传感器的电源噪声更低，有时会在升压IC的后级使用稳压器。

具有高纹波抑制比/低噪声并且良好的负载瞬态响应特性的高速LDO最适合于消耗电流的陡峭变化的RF部位。此外，传感器用途中100kHz以上的噪声重要的情况下，也有高频噪声低的低消耗型比高速型更适合的情况。

稳压器

XC6233: 高速
XC6215: 低消耗

关于RESET IC

监视电池电压，电压下降时，向MCU发送信号。使用超低消耗型，抑制对电池的负担。

MCU的电源电压与被监测的电压相同，所以可使用CMOS输出型。CMOS输出型无需上拉电阻，不会有流过上拉电阻的消耗电流，也减少元件数量，

N沟开漏产品在电池电压下降时输出“L”时，使用的上拉电阻会有电流流过，消耗电流会增加，会影响电池寿命。

MCU中也有UVLO和A/D转换器等能监控电压的产品，作为低消耗电压监控和功能安全，MCU外部需要监控功能时，电压检测器很有用。

电压检测器

XC6136 C型 : Iq~100nA（C型 : CMOS输出）

关于提高电池寿命的解决方案 / Push Button Load SW

电路框图(b)是一种通过添加Push Button负载开关，增加功能并显著提高电池寿命的解决方案。

为了共享MCU控制和按钮控制，开关引脚右侧的SBD和MCU的VDD的上拉电阻是需要的。

Push Button 负载开关

XC6194: 1A SW内置
XC6193: 支持外置Pch驱动大电流

本解决方案具有以下很大的优点。

1、防止从产品出货到开始使用的电池放电

被称为“Storage模式”、“Ship模式”。 适用于不能拆卸电池的设备。此时的消耗电流几乎为0。

通过按下按钮，即可开始使用。当然，可与此IC共用MCU控制用的按钮。

2、可用作主电源ON-OFF开关

可用按钮代替机械开关进行ON-OFF。例如，适用于防水设备。

MCU可向SHDN引脚发送信号，并关闭Push Button负载开关。此外，我们还准备了可通过长按按钮关闭Push Button负载开关的类型。

3、解除死机

设备死机等异常时，可有效利用长按按钮的OFF功能。选择长达5秒或10秒的类型减少误操作而关闭的可能性，适用于死机对策。关闭后，再次按下按钮即可使之正常启动。

并且Push Button负载开关作为对电池有益的功能，具有以下特点。

浪涌电流保护功能可降低启动时的浪涌电流。
启动完成后有PG引脚输出可起动使下一级电源IC和MCU工作。

1.2V UVLO功能让Push botton负载开关进入Shutdown状态，有防止电池漏液的效果。

VOUT大幅下降时，通过输出短路保护功能进行Shutdown保护

如上所述，即使是以直接连接到电池工作的MCU为核心的简单的器件，稍微花点功夫也可进一步提高电池寿命，满足更紧凑和更高灵敏度的要求。

关于特瑞仕半导体株式会社

特瑞仕半导体株式会社(总公司：东京、东证第一部: 6616)从 1995年设立以来，作为国内唯一的模拟电源IC的专业厂家，以「Powerfully Small」为产品制造追求的目标，提供增加客户产品的附加值的世界最小级的高效率模拟电源IC以及可以加快客户产品开发的电源设计方案。

特瑞仕的产品以国内为首，通过海外6家分公司7处销售点销往世界各地，被广泛用于工业机器，汽车用品，通信，电脑产品，穿戴电子等市场。