TI电流检测器件INA系列在TWS电池盒里的应用

只看该作者 · 2020-8-6 10:51

随着TWS耳机爆发式的增长，对耳机及电池盒的续航提出了更高的要求，一般可以从以下几点去提高续航。

1) 使用更大容量的电池来提高续航能力，缺点在于耳机及电池盒小巧的体积很难容下大体积的电池，同时大容量电池会过重。

2) 提高工作效率，减少器件的漏电流。耳机芯片可以选用BQ25150A类似的只有400-nA 漏电流的线性充电芯片。充电盒芯片可以选用BQ25619类似的只有几个微安漏电流的开关充电芯片，提高充电速度以及改善热问题。

3) 优化系统，减少损耗，增加续航时间。

下面，我们从第三方面去介绍TI的电流采样芯片在优化系统，减少损耗上的应用。

框图一是一个典型的TWS耳机系统框图。其中红色电流采样部分，是为了在小电流，一般会低于5mA，将升压电路关闭，从而减少损耗。

图一

电流采样电路一般会采用2种方式：

1) 采用1欧姆左右的采样电阻，简单方便，直接可以读取电阻上的电压给MCU，从而控制升压电路的开关。但是1欧姆的电阻也会带来更大的压降，当给耳机充电电流减小到5mA左右，电阻上的压降只有5mV，不会有什么影响。当耳机的充电电流加大，2只耳机上的充电电流相加可能会达到300mA或以上，电阻上的压降就有300mV，不能忽略不计了。下面的表格计算了一个升压芯片的误差，包括反馈误差2%和分压电阻误差1%，从计算可以看出来输出电压最大偏差+/-0.18V，为了输出端得到一个稳定的5V电压需要考虑电阻上300mV的压降，输出电压需要加上300mV，最大会达到5.48V，在轻载的时候，这个电压会给后端系统带来相当大的风险。

	最小值	典型值	最大值
输出(V)	4.82	5	5.18
反馈误差(V)	0.98	1	1.02
上分压电阻R1(K Ohm)	99	100	101
下分压电阻R2(K Ohm)	25.25	25	24.75

2) 采用电流检测芯片，如下图二所示为TI的INA系列电流检测芯片的框图，有如下优点：

a) 外置的电流采样电阻可以使用毫欧级别的阻值，从而极大的降低电阻上的压降。减少损耗的同时，保证输出电压的精度。

b) 最小电流精度可以做到全量程1%左右，从而很容易的实现小电流关断，同时可以让耳机电池充的更满一些，提高续航。

c) 有SC70, SOT563,DSBGA及UQFN等小封装选择，外围简单，灵活方便。

d) 如果想对2个耳机分别监测，还可以采用双通道的INA2180A2芯片。

图二

以下四颗物料可以根据需求选择，其中INA2180是双通道的，可以同时检测2个耳机的电流。

Parameter	INA199C1	INA216A2	INA2180A2	INA185A2
Operational VCMRange (V)	-0.1 V to 26 V	1.8 V to 5.5 V	-0.2 V to 26 V	-0.2 V to 26 V
Surviving VCMRange (V)	-0.1 V to 26 V	-0.3 V to 5.5 V	-0.3 V to 26 V	-0.3 V to 26 V
Gain Options	50	50	50	50
Gain Error @ 25°C (max)	0.90%	0.20%	1.00%	0.20%
Gain Error Drift (ppm/°C)	10	1	20	8
Gain Error @ 125°C (max)	1.00%	0.21%	1.20%	0.28%
VOS @ 25°C (max µV)	150	75	150	55
VOS Drift (max µV/°C)	0.5	0.25	1	0.5
VOS @ 125°C (max µV)	200	100	250	105
CMRR (min dB)	100	90	84	96
PSRR (min dB)	100	N/A	88	90
Supply Voltage Range (V)	2.7 V to 26 V	1.8 V to 5.5 V	2.7 V to 5.5 V	2.7 V to 5.5 V
IQ (max mA)	0.115	0.03	0.52	0.3
IB (typ µA)	28	3	80	75
Bandwidth (kHz)	80	10	210	210
Slew Rate (V/µs)	0.4	0.03	2	2
Swing To Ground (mV)	50	2	5	5
Operating Temp Range (°C)	-40 to 125	-40 to 125	-40 to 125	-40 to 125
Package(s)	UQFN (10) & SC70 (6)	DSBGA (4) & UQFN (10)	VSSOP (8)	SOT-563 (6)
Ideal Shunt Resistor (mΩ)	16.0	15.7	16.6	16.6
Error @ NOM Current:	1.62%	1.06%	1.25%	0.34%