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便攜式應用的電池怎么樣設計

鉅大LARGE  |  點擊量:184次  |  2020年10月22日  

摘要
主要的電池技能  電池技能可簡略地分為兩類:不行充電型和可充電型。不行充電電池在使用一次后即廢棄,稱為一次性電池。堿性電池是最常見的家用一次性電池。市面上也有堿性可充電電池,但不在本文的評論范圍內。典

重要的電池技能


電池技能可簡略地分為兩類:不行充電型和可充電型。不行充電電池在使用一次后即廢棄,稱為一次性電池。堿性電池是最常見的家用一次性電池。市面上也有堿性可充電電池,但不在本文的評論范圍內。典型堿性電池具有大約1.5V至1.65V的浮動電壓,標稱電壓為1.2V,壽數完畢時的電壓為大約0.9V.單節堿性電池壽數完畢時的電壓可低至0.7V-0.8V,詳細取決于負載電流。表1展示了一些常見的堿性電池裝備。某些使用可采用多種裝備,詳細取決于產品外形、體系要求、可用解決方法和功耗預算。


例如,某種無線光電鼠標解決方法的工作電壓范圍是1.8V至3.2V.該鼠標使用2節串聯裝備的堿性電池便可正常工作,無需附加穩壓電源。假如需求極端緊湊的鼠標規劃,則2節AA/AAA堿性電池或許不適用。在這種情況下,可使用單節AA/AAA堿性電池來削減所占空間,但需求用升壓轉換器將電壓升至1.8V。


怎么規劃便攜式使用的電池


可充電電池被認為是二次電池,每次使用后都可將電量盡或許恢復到原始狀況,直至電池壽數完畢。本文將以鋰離子電池(Li-Ion)、鋰聚合物電池(Li-Poly)和鎳氫電池(NiMH)為例進行說明。鎳氫電池是很好的堿性電池替代品,由于其外形和工作電壓范圍與堿性電池類似。傳統鎳氫電池的一個缺點是自放電率高(每月約20%,如表2所示),但有一家領先的電池制造商已克服了這一難關,其推出的鎳氫電池系列在出產12個月后仍可保持至少85%的電容量?;謴玩嚉潆姵氐碾娏坑泻喡郧业统杀镜慕鉀Q方法,但采用兩層截止充電辦法(經過充電電流和工作環境來指定)的嵌入式充電器將獲得最優功用。兩層截止充電辦法結合了溫度隨時刻升高和電壓隨時刻下降(或不變)的特性。


怎么規劃便攜式使用的電池


鋰離子電池目前被認為是老練的電池技能,已廣泛使用于移動電話和轎車等領域,由于與十年前比較,其出產成本更低且功用更好。在規劃多節電池體系時,單節標稱電壓為3.6V的電池具有巨大優勢,可削減2/3的電池節數。鋰離子電池在質量和體積上的高能量密度使其適用于多種便攜式使用,例如個人媒體播放器或無線藍牙(Bluetooth)耳機??墒?,需求供給保護電路,以將鋰離子電池或許導致的危險(例如過充或過熱)降至最低限度。鋰離子電池的使用壽數相對較長(可充電500-1,000次),假如每天都對電池充電,在至12年后才需求替換。規劃合理的鋰離子電池電源辦理體系將延伸電池使用壽數,并提高整個體系的可靠性。


電池供電使用中的集成電路


除了體系的主芯片組(假如含有的話)外,現代電池體系規劃通常至少含有以下集成電路(integratedcircuit,IC)中的一種:


1.電源辦理單元(PowerManagementUnit,PMU)


2.單片機單元(MicrocontrollerUnit,MCU)


3.電池辦理單元(BatteryManagementUnit,BMU)


本部分將評論這些IC以及怎么選擇適當拓撲以延伸電池運行時刻并到達規劃目標。


PMU在體系中供給調理后的電壓或電流。某些穩壓功用集成在主芯片組內??墒?,由于布線復雜性、EMI問題和功用缺乏(包含電源輸出通道數不行或負載才能缺乏等),仍需求單片式轉換器。單片式電壓轉換器可供給單個或多個輸出。


電池供電使用常用的功率調理拓撲包含但不限于線性穩壓器、開關電容穩壓器和電感開關穩壓器。所有這些拓撲的功用都是相同的,即在規劃的電流范圍內對輸出電壓進行穩壓(如直流-直流轉換器),或在指定的電壓范圍內調理電流(如LED驅動器)。每種拓撲或許都需求獨自一篇文章來進行介紹。本文重點介紹電源辦理規劃的基礎知識。


在選擇穩壓器時,很容易想到低壓差穩壓器(LowDropoutRegulator,LDO)。LDO的EMI問題最少,并且需求的外部元件數通常也最少。


POUT=VOUTxIOUT公式1


PIN=VINx(IOUT+IQ)公式2


η=POUT/PIN=VOUTxIOUT/VINx(IOUT+IQ)公式3


IQ《IOUT時,


η=VOUT/VIN公式4


假如輸出電流遠大于靜態電流(IQ),則可以忽略IQ.有關線性電路,輸入電流等于輸出電流與靜態電流之和。因而,功率可簡化為輸出電壓除以輸入電壓,如公式4所示。在電池供電規劃中,IQ非常重要,由于待機時刻將決定替換一次性電池的頻率或對二次電池進行充電的頻率。延伸待機時刻的辦法之一是選擇低IQ器材。


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