【導讀】本文將介紹如何使用開/關控製器和電池保鮮密封件集成解決方案
，使產品設計在操作和生產過程中更加高效。具體而言，本文將詳細介紹ADI公司的集成開/關控製器在節能特性
、小尺寸和高ESD額定值方麵的優勢。

摘要

本文將介紹如何使用開/關控製器和電池保鮮密封件集成解決方案

，使產品設計在操作和生產過程中更加高效。具體而言，本文將詳細介紹ADI公司的集成開/關控製器在節能特性、小尺寸和高ESD額定值方麵的優勢。

簡介

在疫情影響下
，高度依賴在線資源的混合辦公模式加速普及

，電子係統成為了必不可少的工具。此外

，聯合國提出2030可持續發展議程1，dianzigongsizhengchixushijiankechixufazhangongzuo
，shidedianzixitongxiaolvdezhongyaoxingyufatuxian。zheyaoqiuwomen，bujinzaixianchangcaozuoqijian
，gengyaozaishengchanzhizaoguochengzhong
，caiqugezhongcuoshitishengnengxiao2。

利用開/關控製器促進能效提升

高效利用資源對於實現可持續發展目標至關重要1。我(wo)們(men)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)多(duo)種(zhong)方(fang)式(shi)來(lai)有(you)效(xiao)利(li)用(yong)資(zi)源(yuan)。比(bi)較(jiao)簡(jian)單(dan)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)在(zai)不(bu)使(shi)用(yong)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)時(shi)將(jiang)其(qi)關(guan)閉(bi)，以(yi)避(bi)免(mian)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)能(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)。另(ling)一(yi)種(zhong)有(you)效(xiao)方(fang)法(fa)是(shi)通(tong)過(guo)實(shi)施(shi)節(jie)能(neng)機(ji)製(zhi)來(lai)實(shi)現(xian)高(gao)效(xiao)可(ke)靠(kao)的(de)設(she)計(ji)。

開/關(guan)控(kong)製(zhi)器(qi)

，尤(you)其(qi)是(shi)那(na)些(xie)可(ke)以(yi)用(yong)作(zuo)電(dian)池(chi)保(bao)鮮(xian)密(mi)封(feng)件(jian)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)，是(shi)實(shi)現(xian)這(zhe)些(xie)目(mu)標(biao)的(de)有(you)力(li)助(zhu)手(shou)。在(zai)電(dian)路(lu)不(bu)使(shi)用(yong)時(shi)，這(zhe)種(zhong)控(kong)製(zhi)器(qi)會(hui)斷(duan)開(kai)整(zheng)個(ge)電(dian)路(lu)與(yu)電(dian)池(chi)的(de)連(lian)接(jie)，有(you)助(zhu)於(yu)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)並(bing)節(jie)約(yue)能(neng)源(yuan)3。這不僅可以延長產品的保質期
，還能盡可能降低待機功耗，減少不必要的電池放電，從而減少能源浪費。

以下內容將介紹此類控製器如何通過工作模式、集成特性和穩健性來幫助節約能源。

通過待機模式和休眠模式減少能源浪費

消(xiao)費(fei)類(lei)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)經(jing)常(chang)遇(yu)到(dao)的(de)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)是(shi)，現(xian)成(cheng)產(chan)品(pin)常(chang)常(chang)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)不(bu)足(zu)，使(shi)用(yong)前(qian)需(xu)充(chong)電(dian)或(huo)更(geng)換(huan)電(dian)池(chi)。這(zhe)表(biao)明(ming)能(neng)源(yuan)使(shi)用(yong)效(xiao)率(lv)低(di)下(xia)
，同(tong)時(shi)用(yong)戶(hu)體(ti)驗(yan)也(ye)會(hui)大(da)打(da)折(zhe)扣(kou)。

為解決這個問題，高效的電池供電設備會采用低功率損耗電路或使用電池保鮮密封件。電池保鮮密封是開/關控製器的功能
，可以通過斷開電池與下遊電路的連接來防止電池放電，而在收到電路使能信號（例如來自按鈕的信號）後進行連接

，如圖1所示3, 4。這種電路工作模式通常稱為運輸模式或待機模式，其中後者更加通用，而前者專門用於描述產品首次使用前的狀態。

然ran而er
，即ji便bian使shi用yong電dian池chi保bao鮮xian密mi封feng件jian
，電dian池chi還hai是shi會hui慢man慢man耗hao盡jin電dian量liang，導dao致zhi係xi統tong效xiao率lv受shou影ying響xiang。耗hao電dian的de程cheng度du取qu決jue於yu電dian路lu的de待dai機ji能neng耗hao。能neng耗hao較jiao低di的de器qi件jian有you助zhu於yu解jie決jue這zhe個ge問wen題ti。例li如ru新xin型xingMAX16169等帶有電池保鮮密封件的按鈕控製器，這些器件的待機電流額定值僅為幾納安，如圖1所示。

圖1.GPS追蹤器係統中的電池保鮮密封件

按下按鈕後，電池就會連接到負載。以圖1為例
，電池將連接到微控製器(MCU)

、安全數字(SD)模塊和全球定位係統(GPS)模塊。此外

，MAX16163/MAX16164中zhong的de休xiu眠mian模mo式shi也ye有you助zhu於yu進jin一yi步bu延yan長chang電dian池chi壽shou命ming。這zhe些xie器qi件jian會hui周zhou期qi性xing地di在zai特te定ding時shi間jian打da開kai和he關guan閉bi係xi統tong
，定ding期qi喚huan醒xing係xi統tong中zhong的de器qi件jian，待dai其qi完wan成cheng任ren務wu後hou，再zai次ci進jin入ru休xiu眠mian模mo式shi。對dui於yu設she備bei間jian歇xie運yun行xing的de物wu聯lian網wang(IoT)等無線監控應用，此特性非常實用5，可以通過降低待機期間的功耗，提高整體效率。圖2顯示了休眠模式 (即SLEEP_TIMER狀態)下如何降低功耗；當電池連接到係統時(如圖1所示)
，則會出現ACTIVE_STATE。

圖2.休眠模式電流消耗

通過集成解決方案實現無形化

PCB製造的最佳實踐包括負責任的資源管理6。這包括采取無形化措施，即在電源中使用更少
、更小、更輕的電子器件2。為此，我們可以選擇單個封裝中包含多個功能的器件，從而減少所需PCB的尺寸，進而降低最終產品製造的能源消耗。例如
，圖3中MAX16150和MAX16169整合了負載開關和按鈕去抖功能，而MAX16163/MAX16164還增加了時序功能。請注意
，MAX16150和MAX16169的方框圖非常相似。

此外，傳統方法通常使用實時時鍾、負載開關和按鈕控製器來實現

，圖4的集成解決方案將對此加以改進。MAX16163/MAX16164集成解決方案不僅能夠將解決方案尺寸縮小60%
，而且在保持相同功能的前提下
，還能將電池壽命延長20%5。

借助高ESD額定值器件提升係統級穩健性

在集成電路中加入靜電放電(ESD)保護電路，對於確保電路在惡劣環境下的可靠性至關重要。這些電路需要連續穩定地運行，因此需要足夠的保護來抵禦外部浪湧7。係統設計人員通過ESD測試方法來評估產品的抗靜電性能
，例如人體模型(HBM)方法用於器件級ESD測試，而IEC 61000-4-2模型用於係統級測試8。

器件級ESD測試旨在確保IC在製造過程中不會受到靜電放電的損壞。HBM模擬帶電人體接觸IC的場景，將具有潛在破壞力的ESD通過IC釋放到地麵。係統級ESD測試旨在確保器件能夠在各種實際應用中的工作條件下承受瞬態事件
，包括防雷。為了滿足此要求，發布的產品必須按照IEC 61000-4-2 ESD標準模擬實際瞬態條件
，進行嚴格測試。雖然HBM和IEC 61000-4-2 ESD測試方法均模擬帶電人體放電至電子係統的場景，但IEC 61000-4-2標準在許多方麵與器件級ESD有所不同8。

表1.HBM和IEC 61000-4-2 ESD測試方法的峰值電流比較

表1顯示，HBM測試中的峰值電流是IEC 61000-4-2測試中的脈衝電流的1/5.6。在衝擊次數方麵，器件級HBM測試僅需要一次正衝擊和一次負衝擊
，而係統級IEC 61000-4-2要求IC至少經過10次正衝擊和10次負衝擊才能通過8。這意味著為了達到相應的IEC 61000-4-2額定值
，係統工程師應該考慮使用HBM額定值高得多的器件。例如，HBM ESD額定值為+15 kV的係統（如MAX16150）可能滿足±2 kV的IEC 61000-4-2額定值要求。類似地
，具有+40 kV HBM ESD額定值的器件（如MAX16163/MAX16164和新型MAX16169）可幫助實現±6 kV IEC 61000-4-2合規性。

圖3.MAX16169和MAX16163/MAX16164方框圖

圖4.分立解決方案與采用MAX16163/MAX16164的集成解決方案5

ESDedingzhiyuegao，biaoshiqijianduieliehuanjingdenaishouliyueqiang。zhebujinnengyouxiaojianshaoxianchangcaozuozhongduan，tishengxitongdekekaoxing，erqienengjiangdiguzhangdekenengxing，congerjianshaopinfangenghuanchanpindechengben。ADI公司的開/關控製器和電池保鮮密封件在所有引腳上均采用ESD保護結構，以便在搬運和組裝過程中防止靜電放電。此外，開關輸入處還設計了一重額外保護。這些密封件的高HBM ESD額定值有助於係統設計滿足IEC 61000-4-2標準。

結論

若要持續提升能源效率，就必須在從工廠生產到現場運行的整個過程中，使用可以減少能源浪費的器件。本文介紹了ADI公司的按鈕開/關控製器和電池保鮮密封產品如何通過待機模式和休眠模式幫助減少能源浪費；如何通過集成功能節省生產能源、減小PCB尺寸；以及如何通過更高的ESD額定值提高現場穩健性。

參考資料

1“變革我們的世界：2030年可持續發展議程”，聯合國。
2 Anthony Schiro和Stephen Oliver，“寬禁帶電源有望推動全球電氣化進程
，為我們創造一個可持續發展的未來”

，《IEEE電力電子雜誌》
，第11卷，第1期，2024年3月。
3“電池保鮮與密封”

，ADI公司，2020年7月。
4“監控電路確保微處理器始終受控”，ADI公司，2022年4月。
5 Suryash Rai，“如何大幅提高物聯網器件的電池能效比”，ADI公司，2023年3月。
6“可持續消費類電子設備設計：PCB材料和供應鏈管理”，Cadence PCB Solutions。
7 Sang-Wook Kwon、Seung-Gu Jeong、Jeong-Min Lee和Yong-Seo Koo
，“利用靜電放電保護電路設計能夠抵禦破壞且兼具可持續性的低壓差穩壓器”，《Sustainability》（可持續發展）
，2023年6月。
8 Anindita Bhattacharya，“±2kV HBM ESD保護是否足以保護物聯網設備

？”Semtech，2023年6月。

關於ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司，致力於在現實世界與數字世界之間架起橋梁，以實現智能邊緣領域的突破性創新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術的解決方案


，推動數字化工廠、汽車和數字醫療等領域的持續發展，應對氣候變化挑戰，並建立人與世界萬物的可靠互聯。ADI公司2024財年收入超過90億美元，全球員工約2.4萬人。ADI助力創新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。

作者簡介

Bryan Angelo Borres是多市場Power-East事業部高性能電源監控器組的電源應用工程師。他擁有菲律賓瑪普阿大學電力電子研究生學位，目前正在攻讀電子工程碩士學位。Bryan在電力電子設計研發領域擁有超過五年的工作經驗。

Noel Tenorio是ADI菲律賓公司的產品應用經理
，主要負責多市場功率處理高性能電源監控產品。他於2016年8月加入ADI公司。在加入ADI公司之前，他在一家開關模式電源研發公司作為設計工程師工作了六年。他擁有菲律賓八打雁國立大學電子與通信工程學士學位、電dian力li電dian子zi專zhuan業ye電dian氣qi工gong程cheng研yan究jiu生sheng學xue位wei，以yi及ji瑪ma普pu阿e大da學xue電dian子zi工gong程cheng理li學xue碩shuo士shi學xue位wei。在zai負fu責ze電dian源yuan監jian控kong產chan品pin之zhi前qian，他ta還hai在zai熱re電dian冷leng卻que器qi控kong製zhi器qi產chan品pin的de應ying用yong支zhi持chi領ling域yu擔dan任ren過guo重zhong要yao職zhi務wu。

（作者：Bryan Angelo Borres
，產品應用工程師，Noel Tenorio，產品應用經理）

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