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81 rmo gennaio/febbraio 2023 batteria dipende dalla chimica della batteria e dall’ambiente. Una batteria CR2032 ha una chimica al litio-manganese e un tasso di auto-scarica dell’1%-2% all’anno. Alla fine di un anno, una pila a bottone può perdere il 2% della sua capacità men- tre è inattiva. Una batteria BR2032, invece, ha una chimica al monofluoruro di litio e un tasso di auto-scarica dello 0,3% all’anno. È facile ritenere che la chimica della batteria migliore per l’applicazione sia quella con il tasso di scarica più basso, ma non è necessariamente così. Sebbene la batteria BR2032 abbia un tasso di scarica più basso, ha anche una capacità inferiore rispetto a una batteria CR2032 da 200 mAh. Riutilizzando le formule precedenti, si può determinare se una batteria di ca- pacità inferiore è adeguata. In questo cerotto ECG, quando il sistema è spento le correnti di shutdown dei circuiti integrati sono quelle che contribui- scono maggiormente a ridurre la durata della batteria. La cor- rente di shutdown viene assorbita quando un IC è disattivato e non c’è alcun carico attivo. Queste correnti sono solitamente dovute alle perdite nell’IC e ai dispositivi di protezione ESD all’interno dello stesso integrato, che assorbono piccole quan- tità di corrente anche in assenza di carico. Queste correnti sono generalmente piccole (meno di 1 μA) ma possono avere un impatto notevole sulla durata della batteria. In questo ce- rotto RPM, le correnti di shutdown possono ridurre la capacità della batteria fino al 40% in un anno. Per evitare che il sistema assorba troppa corrente dalla batteria durante lo shutdown, è possibile isolarla. A tale scopo, le due opzioni più comuni sono l’isolamento meccanico (fisico) della batteria sotto forma di linguette a strappo in mylar e l’isolamento elettrico mediante un inter- ruttore di carico. Le linguette in mylar/plastica forniscono l’i- solamento meccanico della batteria, vengono interposte tra la batteria e il sistema. Quando il dispositivo è pronto per essere utilizzato, l’utente estrae semplicemente questa linguetta di plastica e la batteria inizia ad alimentarlo. Si tratta di un si- stema per isolare fisicamente la batteria semplice, economico e collaudato, utilizzato da molti anni. Tuttavia, per i disposi- tivi medici questa soluzione non è sempre praticabile. Per un cerotto ECG in cui è richiesta l’impermeabilità, la fessura da cui sporge il mylar può rendere il cerotto suscettibile di es- sere danneggiato dall’acqua. Inoltre, per un utente finale con scarse abilità manuali, la piccola linguetta di plastica potrebbe risultare difficile da usare. Un semplice interruttore di carico, come il Vishay SiP32341, sarebbe una scelta eccellente per isolare elettricamente la batteria. Questo dispositivo è un FET che, quando è aperto, la separa dal resto del sistema, lasciando che l’unico assorbi- mento dalla batteria sia la corrente di shutdown del SiP32341. L’interruttore di carico è dotato di una linea logica di con- trollo che può essere attivata tramite un pulsante quando il dispositivo è pronto per essere utilizzato. Il SiP32341 ha una corrente di spegnimento tipica di 14 pA, che rappresenta un netto miglioramento rispetto all’assorbimento di corrente dell’intero sistema se la batteria non fosse isolata. Quando il SiP32341 viene utilizzato come isolatore, una cella primaria CR2032 mantiene il 99,97% della sua capacità per 14 mesi. Quando non viene utilizzato alcun sistema di isolamento per proteggere la batteria dalle correnti di shutdown del cerotto ECG, una cella primaria CR2032 conserva solo il 62,39% della sua carica originale. Questa differenza del 37% nella capacità è ciò che consente al cerotto ECG di soddisfare il requisito dei 5 giorni dopo un periodo di conservazione di 14 mesi. L’isolamento della batteria ne preserva la capacità, impedendo a tutti i dispositivi del sistema di prelevare correnti di shutdown dalla medesima. Dopo che il cerotto RPM è rimasto inattivo per 14 mesi, la capacità rimanente della batteria supera il 99,9%. Inserendo questo valore di capacità residua nell’equazione 3, è possibile determinare un tempo di funzionamento più preciso: Durata della batteria (giorni) = 230,25 mAh/(modalità di mo- nitoraggio standard + modalità di monitoraggio della tempe- ratura + modalità di trasmissione); Durata della batteria (giorni) = 230,25 mAh/(44,92 mAh/giorno + 0,01 mAh/giorno + 0,79 mA/giorno) = 5,04 giorni. Conclusione. L’analisi del consumo della batteria di un si- stema, quando si trova nello stato attivo o in modalità di shutdown/low-power, è fondamentale per progettare un ali- mentatore che soddisfi tutti i requisiti di un dispositivo me- dico. Sebbene in questo articolo si sia parlato esclusivamente di un cerotto ECG che raccoglie dati di frequenza cardiaca, temperatura e accelerazione con comunicazione BLE, l’analisi e i principi contenuti in queste righe possono essere applicati a qualsiasi altro sistema per dispositivi medici alimentato da una batteria a cella primaria. Fahad Masood, membro dello staff tecnico di Analog Devices. Riferimenti Marc Smith: “Application Note 7487: Power Supply Subsystem for MAX30001-Based ECG Remote Patient Vital Sign Monitor.” Analog Devices, Inc., Giugno 2021. 2% perdita capacità batteria (mAh) 230,30 Corrente assorbita in standby (mA) 0,000005 Durata a magazzino - ore 46.060.000,00 Durata a magazzino - giorni 1.919.166,67 Durata a magazzino - anni 5.257,99 Capacità dopo 14 mesi (mAh) 230,25 % capacità residua dopo 14 mesi 99,98 Tabella 3. Capacità della batteria isolata dopo 14 mesi.