휴대용 장치의 다기능 통합을 추구하면서 배터리 수명은 여전히 웨어러블 장치 및 휴대용 이미징 시스템의 핵심 병목입니다. 요즘 스마트 시계와 팔찌와 같은 웨어러블 기기는 심장 박동과 혈액 산소와 같은 PPG 건강 모니터링을 구현할 뿐만 아니라 다양한 기능을 수행해야합니다. 휴대용 이미징 장치는 고화질 촬영, 빠른 초점 및 광학 흔들림 방지,지속적으로 얇고 작은 업그레이드. 기능의 중첩은 장비의 전력 소비를 계속 증가시키고 휴대성의 요구 사항에 의해 제한되며 장비의 내장 배터리 용량을 크게 증가시키기가 어렵습니다. 전통적인 전원 공급 장치 계획의 짧은 보드가 점점 더 두드러지고 있으며, 그리고 인내력의 부족은 사용자 경험을 제한하고 산업의 업그레이드를 방해하는 핵심 요소가 되었습니다. 제한된 전력 소비 하에서보다 지속적이고 안정적인 작동을 달성하는 방법,업계 시급히 해결해야 할 핵심 문제 되었습니다.
AI 전자는 새로운 초저전력 Buck-Boost AWP3770X 시리즈의 칩을 출시했습니다. 이 칩은 정적 전력 소비, 변환 효율에서 동적 적응성으로 완전히 최적화되어 있습니다. 기존 솔루션의 높은 정적 전력 소비, 불충분 한 변환 효율 및 약한 동적 적응성의 문제를 정확하게 해결하며 지능형 단말기에 효율적이고 안정적이며 저소음 전압 출력 솔루션을 제공합니다.
I. PPG 전원 공급 장치 고통 지점 및 솔루션
1. 낮은 VF LED 역 전원 공급 장치의 업그레이드
착용 가능한 장치에서 PPG (photoplethysmography) 기술은 심박수 및 혈액 산소 모니터링에 널리 사용되었습니다. 전체 기계의 전력 소비를 더욱 줄이기 위해 업계는 점차 저전압 (VF) LED를 채택하고 있으며, PPG 모듈의 작동 전압을 기존의 4.5V 에서 3.5V 로 감소시킵니다. 그러나 시계는 약 4 의 리튬 배터리 전체 전압을 내장합니다.2V, 모듈의 실제 전원 공급 장치 요구 사항보다 훨씬 높습니다. 전통적인 Boost 회로는 스텝 다운을 달성 할 수 없으며 스텝 다운 및 와이드 전압 전원 공급 장치 요구 사항을 모두 충족시킬 수 없습니다.
따라서 Buck-Boost 기능을 모두 갖춘 Buck-Boost 아키텍처가 더 적합한 선택입니다. 나머지 배터리 전원에 따라 출력 전압을 유연하게 조정하여 최대 전력 범위에서 장비의 안정적인 작동을 보장하고 낮은 VF LED의 전원 공급 요구 사항에 완벽하게 적응할 수 있습니다.
2. 지속적인 조명으로 인한 내구성 압력 및 솔루션
PPG 기능은 함께 작동하기 위해 LED 발광 신호와 포토 다이오드 수신 신호에 의존합니다. LED가 저주파 간헐적 인 조명을 사용하더라도 장기간 마모되면 누적 된 전력 소비가 여전히 높아 착용 가능한 장치의 내구성을 직접 제한합니다. 동시에, 각 LED 표시등이 가져 오는 순간 전류 충격은 전원 공급 장치 전압 강하를 유발하기 매우 쉽습니다.그러나 PPG 샘플링에는 고정밀 특성이 있습니다. 전압이 떨어지면 샘플링 데이터가 왜곡되어 정확한 데이터 샘플링을 위해 시스템이 조명 시간을 연장해야합니다. 그리고 부하 점프가 안정된 후에는 여러 샘플링 기간 동안 높은 수준의 일관성을 유지하려면 전원 공급 장치 리플이 필요합니다. 및 잔물결 차이가 너무 크면 샘플링된 데이터의 일관성이 저하됩니다.
PPG는 전원 공급 장치에 두 가지 핵심 과제를 가지고 있음을 알 수 있습니다.
하나는 로드 점프 응답 속도가 빠르다는 것입니다.
둘째, 하중 점프가 안정된 후 리플 일관성이 더 좋아져 착용 장치의 내구성과 모니터링 정확도를 직접 결정합니다.
위의 엄격한 요구 사항에 대한 응답으로 AWP3770X 시리즈는 우수한 성능을 보여줍니다. 로드 점프 복구 시간은 10μs 내에서 제어 할 수 있습니다. 이는 업계에서 15μs 이상의 일반적인 수준보다 우수합니다. 리플 편차는 여러 번의 점프 후에도 10mV 이내로 유지됩니다. 이는 25mV 이상의 유사 제품의 일반적인 성능보다 훨씬 우수합니다.빠른 응답과 우수한 리플 제어를 통해 이 솔루션은 내구성 성능 및 모니터링 정확도를 효과적으로 개선하고 PPG 응용 프로그램의 전원 공급 장치 요구 사항을 매우 충족할 수 있습니다.
그림 1 AWP3770X 동적 점프 결과
둘째, VCM 전원 공급 장치의 취약점 및 솔루션
1. 고정 전압 전원 공급 장치 및 솔루션으로 인한 에너지 낭비
이미징 시스템에서 전통적인 VCM (음성 코일 모터) 은 대부분 고정 고전압의 LDO 전원 공급 장치를 채택합니다. VCM의 부하 임피던스가 고정되어 있기 때문에 AF (자동 초점)/OIS (광학 흔들림 방지) 작업 조건에 따라 작동 전류가 동적으로 변합니다. VCM에 필요한 실제 전원 공급 장치 전압은 동 기적으로 감소되어야하며,그러나 고정 된 고전압 전원 공급 모드는 여전히 정격 고전압을 계속 출력하므로 과도한 전압이 잘못된 전력 소비로 변환됩니다. 이것은 시스템 가열을 악화시킬뿐만 아니라 장비 수명을 직접 단축시킵니다.
따라서, VCM 전원 공급 장치 설계의 필연적 인 추세가되었습니다 동적 전압 조절 체계를 채택하여 전원 공급 장치 전압이 모터 작동 전류와 실시간으로 일치하도록하고 루트에서 에너지 낭비를 제거합니다.
그림 2 전통적인 VCM 전원 공급 장치 구성표
AI는 이미징 시스템의 전통적인 VCM 고정 전압 전원 공급 장치의 에너지 효율 병목 현상을 목표로 AWP37702 Buck-Boost 동적 전원 공급 장치 칩을 도입하여 효율적이고 착륙하기 쉬운 솔루션을 제공했습니다. 전통적인 방식과 비교하여 동적 전압 조절 전원 공급 장치에는 두 가지 핵심 장점이 있습니다.
한편, 전원 공급 전압은 소스의 비효율적 인 전력 소비를 줄이기 위해 모터의 실제 작동 전류에 따라 동적으로 조정될 수 있습니다. 이 칩은 AF/OIS 제어 신호를 실시간으로 따르고 출력 전압을 유연하게 조정하며 모터의 실시간 전류 수요를 정확하게 일치시키고 고정 된 고전압으로 인한 에너지 낭비를 방지합니다. 초점 속도 및 흔들림 방지 성능에는 영향을 미치지 않습니다.효과적으로 전력 소비를 줄이고 열을 줄이며 탐색을 계속합니다.
반면에 Buck-Boost 스위치 아키텍처는 효율성 측면에서 전통적인 LDO 성능을 크게 능가합니다. 전통적인 LDO는 선형 스텝 다운을 채택합니다. 선형 스텝 다운은 압력 차이가 클 때 효율이 낮고 발열이 분명합니다. AWP37702 는 전력 변환 효율이 높은 스위칭 벅 부스트 아키텍처를 채택합니다.효율은 4V 에서 3.3V/0.2A 의 작업 조건에서 95% 에 도달 할 수 있으며 이는 전통적인 LDO 의 약 82.5 수준보다 훨씬 높습니다.
실제 테스트에 따르면 wp37702 기반 VCM 동적 전압 조절 전원 공급 장치는 전통적인 고정 전압 체계와 비교하여 약 33% 의 평균 절전을 달성 할 수 있으며, 이는 차세대 이미징 시스템의 전원 공급 장치 설계에 이상적인 선택입니다.
그림 3 VCM 동적 전압 조절 및 전원 공급 장치 구성표
그림 4 VCM 전통적인 전력공급방식 VS 동적 전압조절방식의 전력소비효과
AWP3770X 제품 소개
L 입력 전압 범위: 2.2V ~ 5.5V
L 출력 전압 범위: 2.025V ~ 5.2V(AWP37701Z)
1.4V ~ 4.575V(AWP37702)
L 초저 정지 전류: 2.8μA
L 초저 끄기 전류: 0.3μA
L 동적 전압 조절 제어 지원
AWP37701Z 경사: 1 v/ms, 2.5 v/ms, 5 v/ms, 10 v/ms
AWP37702 경사: 2 v/ms, 5 v/ms, 10 v/ms, 20 v/ms
L PFM 모드 및 강제 PWM 모드 자동 선택
L 최대 1MHz I2C 인터페이스 (1.2V I/O 레벨 지원)
L 최대 연속 출력 전류:
VIN ≥ 2.2V, VOUT = 3.5V, IOUT 최대 0.8A
VIN ≥ 2.5V 및 VOUT = 3.5V 인 경우 IOUT은 최대 1A 에 도달 할 수 있습니다
VIN ≥ 3.3V 및 VOUT = 3.5V 인 경우 IOUT은 최대 1.5A 에 도달 할 수 있습니다.
L 소형화 방식: 1.5A 부하 요구 사항을 충족시킬 수있는 WLCSP 1.3mm × 1.3mm-9B 칩 + 0603 인덕터 (1.6mm × 0.8mm)
그림 5 AWP3770X 캡슐화 정보
그림 6 AWP3770X 일반적인 응용
웨어러블 장치의 PPG 정밀 전원 공급에서 이미징 시스템의 VCM 동적 전압 조절에 이르기까지 AI는 정적 전력 소비가 낮고 과도 응답이 빠르며 변환 효율이 높은 AWP3770X 시리즈 Buck-Boost 칩입니다. 휴대용 장치의 내구성 및 성능의 이중 문제를 효과적으로 해결합니다. 최종 제품이 얇고 다양성으로 계속 업그레이드되는 추세와 함께,효율적인 전력 솔루션은 제품 경쟁력 강화의 핵심 부분이 되었습니다. 앞으로 Ai는 더 나은 장치 및 솔루션으로 웨어러블, 이미징 및 지능형 터미널 장면에 지속적인 전력을 주입하기 위해 전원 공급 장치 기술을 계속 심화 할 것입니다.
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