Lineare Ladegeräte
mHealth ist nichts für Stromsparer
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Lineare Ladegeräte für Wearables
Der Baustein bq25100 (Bild 1) von Texas Instruments (TI) ermöglicht wie zum Beispiel die Kontrolle des Ladeschlussstroms mit einer Genauigkeit von bis zu 1 mA. Er bietet einen Leckstrom von 75 nA, der damit gegenüber der Selbstentladerate der Batteriezelle vernachlässigbar ist, und seine Materialkosten gehören zu den niedrigsten auf dem Markt. Hierdurch eignet er sich sehr gut für einfache Anwendungen, die einen Ladestrom von weniger als 250 mA benötigen oder auf einen exakten Ladeschlussstrom angewiesen sind, zum Beispiel Wearables und Patientenmonitore. Mit einer Abmessung von 1,6 x 0,9 mm ist der Baustein die kleinste verfügbare lineare Ladeschaltung bei TI.
Fotos
Wird eine komplexere Ladeschaltung benötigt, könnte der bq25120A (Bild 2) eine sehr gute Alternative sein. Der Baustein besitzt eine integrierte I²C-Schnittstelle, kann per Drucktasten bedient werden und verfügt über einen Low-Dropout-Regler (LDO), einen Abwärtswandler sowie Schnelllade- und Power-Path-Funktionen, ist dabei aber kleiner als drei Reiskörner. Er kann ein System mit Strom versorgen und gleichzeitig die Batterie laden, was Instant-On-Funktionalität ermöglicht. Die Drucktasten-Bedienung erleichtert den Anschluss an den Mikrocontroller über die Stromversorgungs-Leitungen oder über Interrupts, sodass die verschiedenen Betriebsarten leicht zugänglich sind. Das Schnellladen etwa unterstützt eine große Menge Ladung in kurzer Zeit, wenn auch auf Kosten eines etwas höheren Batterieverschleißes.
Da er über die I²C-Schnittstelle gesteuert wird, lässt sich der Baustein sehr gut personalisieren. Zum Beispiel lässt sich über das I²C-Interface das Ladeprofil vom Mikrocontroller aus individuell anpassen. Auch die Ladespannung, der Ladestrom, der Ladeschluss-Grenzwert, die Eingangsstrombegrenzung sowie der Grenzwert des Sicherheits-Timers sind konfigurierbar, um einem breiten Spektrum von Spezifikationen gerecht zu werden. Diese Individualisierung ergibt leichte Wearable-Lösungen mit kleinen wieder aufladbaren Batterien, ohne dass Abstriche an der Leistungsfähigkeit oder der Individualisierbarkeit gemacht werden müssen. Das lässt außerdem niedrigere Ladeschluss-Ströme zu, sodass die Batterien in jedem Zyklus auf eine höhere Kapazität aufgeladen werden können (Bild 3).
Bild 4 illustriert die Verwendung einer linearen Ladeschaltung des Typs bq25100 oder bq25120A in einem EKG-Pflaster (Elektrokardiogramm) in Wearable-Ausführung. Mit einem solchen EKG-Pflaster können Personen mit einer nicht lange zurückliegenden Herzbehandlung ihre Vitalzeichen überprüfen, ohne lästige Kabel zu tragen oder an Maschinen angeschlossen zu werden.
Fazit
Batterien entwickeln sich zu integralen Bestandteil der Medizintechnik, weil zunehmend nach kleinen Lösungsabmessungen verlangt wird, um Portabilität, Langlebigkeit und ständige Vernetzung zu ermöglichen. Die Verwendung von Geräten, die den Gesundheitszustand eines Patienten kontinuierlich überwachen, kommt nicht nur der Versorgung des Patienten zugute, sondern verbessert auch die Gesundheitsversorgung in Kliniken und anderen medizinischen Einrichtungen. Größenbewusst konstruierte lineare Ladeschaltungen maximieren die Batterielebensdauer, sodass sich Anwendungen wie das EKG-Pflaster an den Bedürfnissen des Patienten orientieren können, ohne häufige Batteriewechsel zu erfordern, die die Überwachung stören würden.
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