bg大游馆登录网址非常见问题第218期：优化电池供电系统的电源转换效率

　　bg大游馆登录网址非常见问题第218期：优化电池供电系统的电源转换效率然而，扫数电池供电体系都市珍爱电池放电时的电源转换成果○○。正在体系运转工夫一样的情形下，此进程中的电源转换成果越高，则所需的电池容量越小。

　　正在过去的20年里○，高容量锂离子电池的展现转变了电池供电体系的仪外○。很众集成电途可用于对这些电池举行高效充电和放电。而今，为了升高单元重量和体积的容量○○，加疾电池的充电速率，同时确保电池的平安性，业界正正在对另日的电池机合发展大方商讨○。跟着电池本事的不时开展，电池充放电集成电途的改进也将永无终点。

　　电池充电平时不需求额外高的电源成果○。除了能量搜集以外，大无数电池供电体系都能得到足够的电力来为电池充电。比方，当手机毗连到充电器时○○，大无数人平时不会眷注充电进程的凿凿成果。

　　当负载功耗额外低时，静态电流IQ与成果合系○○。此静态电流与开合计划一同决意了低负载成果○。图2显示了操纵和不操纵轻载成果形式的类型成果弧线。轻载成果形式为蓝色弧线，固定开合频率形式为玄色虚线弧线。很众电源转换电途通过如此的形式来升高轻载成果○○。平时○○，其职责形式是搁浅操纵恒定开合频率，唯有当输出电压略有降落时才发生几个开合脉冲。正在这些突发脉冲之间的工夫里，电源转换器合上很众效力以节流功耗○。这些低功耗形式正在完全架构方面或者因IC分歧而略有分歧○○，但此类卓殊形式永远能正在轻负载下完毕额外高的成果○。

　　如图2所示，1 mA输出负载下的成果分歧相当大。正在1 mA的轻负载（乃至低至100 μA负载）下激活省电形式时○○，电源转换成果为50%○○。正在不激活省电形式的600 kHz固定开合频率下○○，成果唯有大约15%。

　　操纵两个串联锂离子电池，而非一个电池，能够所有避免降压-升压拓扑。这种情形下只需求一个粗略的降压级电源变换器。然而，咱们需求为第二电池付出特殊的全力和本钱○○。别的，为两个电池充电比仅为一个电池充电更具寻事性。当两个电池串联操纵时，最大电压为7.2 V○。电源转换器需求采用更高电压的半导体工艺，而非类型的最大5.5 V工艺○○。这不是题目，但DC-DC电源转换器的半导体本钱或者稍高。

　　图2 两种情形下ADP2370降压稳压器的电源转换成果:一种是激活低负载省电形式,另一种是正在扫数负载下均操纵固定的600 kHz开合频率

　　然而，正在能量采团体系中，充电光阴的电源成果至合首要○。最终，充电光阴的更高电源成果直接导致能量搜集器尺寸更小，从而低重体系本钱并可缩减体系尺寸。

　　比方，倘使耗尽的电池电压为0.8 V○，可用的体系电压为3.3 V，则线 A○○，则线性充电器会以热量款式花费2.5 W功率○○。这是可行的，但倘使体系电压为12 V，功耗将是11.2 W○○。因而，关于充电电流较低且体系电压逼近电池电压的操纵○○，线性充电器是合理的拣选。

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　　是的，大无数电池供电体系需求完毕电池充电。本文注明怎么为电池供电体系计划和优化分歧的电源解决效力○，先容了一个包蕴电池供电电子筑筑所需很众效力的示例体系示贪图○○，还磋议了电源转换成果的分歧方面○○。

　　关于扫数其他操纵○○，发起操纵开合充电器。市情上的大无数电池充电器IC都是开合形式电池充电器○○。这些属于经典的开合电源(SMPS)器件○○，具有援救电池充电的卓殊效力○○。能够用恒压或恒流充电，有时乃至两者都用，而且还供应卓殊效力来确保充电平安。这能够是一个守时器○，用以检测毗连的电池是否有缺陷，或者能够蕴涵一个温度传感器来限度充电光阴的电池温度○○，避免不怜惜况下的热失控○。又有一个颇受接待的效力便是电池包和电池充电器之间的平安查抄○，它可监控体系毗连的电池是否得到许可。

　　如上所述，电源转换成果正在电池供电体系中额外首要。电池供电体系能够拣选扫数现有类型的拓扑○。个中一种常用的拓扑是四开合降压-升压转换器○。很众体系需求3.3 V电源电压○○，由单个锂离子电池供电。这种电池供应3.6 V的标称电压，但正在放电状况后期，它们仅供应2.8 V至3.0 V之间的电压○。为了延伸体系运转工夫，咱们需求尽或者众地诈欺电池的能量。正在3.3 V体系中，当锂离子电池充满电时，咱们需求将其电压从3.6 V降至3.3 V○。然而，当电池放电逼近尾声时○，咱们需求将2.8 V升压至3.3 V○。这就需求降压-升压电途○。目前有很众分歧类型的降压-升压电途。举几个例子，合用的拓扑蕴涵基于变压器的反激式、双电感单端低级电感转换器(SEPIC)和四开合降压-升压拓扑。平时拣选四开合降压-升压拓扑，由于与其他两种拓扑比拟，其电源转换成果最高。

　　这种电源转换级从电池发生负载所需电压的成果，需求进一步评估。一个是满载转换成果，它供应了体系正在标称负载下能够运转众长工夫的音讯，又有一个是轻载成果，它对很众体系都很首要○。这是正在负载额外小的情形下的电源转换成果○○。以电池供电的烟雾探测器为例，它正在低负载电流的烟雾探测阶段可连接运转众年○，直至检测到烟雾并发出警报。警报由高电流启动○，但此阶段的电源成果与需求更调电池的工夫点没有众大合连。

　　Frederik Dostal是一名具有20众年行业体会的电源解决专家。他曾就读于德邦埃尔兰根大学微电子学专业并于2001年插足National Semiconductor公司，担负现场操纵工程师，助助客户正在项目中奉行电源管了解决计划，堆集了充裕的体会。正在此光阴，他还正在美邦亚利桑那州凤凰城职责了4年○，担负操纵工程师，承担开合形式电源产物。他于2009年插足ADI公司，先后担负众个产物线和欧洲本事援救名望，具备普通的计划和操纵常识○，目前担负电源解决专家。Frederik正在ADI的德邦慕尼黑分公司职责○○。

　　图1显示了电池供电体系的体系示贪图。固然完全的完毕计划因操纵场景分歧而异，但平时来说，扫数体系都市包蕴图中所示的厉重效力模块○○。体系中存正在某种电源电压，它为体系供电。此毗连平时需如果可切换的○。倘使电源是壁式互换电源转换器○，那么拔下低压电源线中的电源开合怀换到断开场所具有一样的成就○。这种电源旅途解决很有须要○○，旨正在避免毗连到电源的附加电途花费名贵的电池电量○。别的○○，图1中又有一个潜正在的第二电源。通过电源开合模块，可正在电源1或电源2的功率流之间切换。比方，电源2能够是USB 5V电源。

　　图4显示了一个独立SMPS电池充电器处置计划。个中采用MAX77985○○，可完毕降压SMPS电池充电器和电源旅途开合效力。电源旅途开合是大无数操纵必弗成少的效力。一朝电池充满电，它就会断开输入电压轨与电池的毗连bg大游馆登录网址○○，以抗御电池电量通过或者毗连到输入电源线的电途花费○。别的○，该处置计划具少有字I2C接口，此接口可更改充电器IC的某些树立以及用于遥测方针。为使电池充电器尽或者伶俐，数字接口援救树立分歧的电池类型和电池巨细。

　　图3 四开合降压-升压电源转换器的例子,比方LT3154降压-升压DC-DC转换器

　　正在很众分歧的特征中，有一项奇特值得贯注○。MAX77985中的集成电源开合不光能够正在降压形式下为电池充电，还可用于将电池电压擢升到更高的体系电压。正在某种水平上○○，这款电池充电器是体系电源转换器与纯电池充电器的组合○○。

　　电池供电筑筑需求很众分歧的电气效力。有些产物仅供应根本效力○，而有些产物将大无数效力高度集成正在一个集成电途中○○。这种产物称之为体系电源解决集成电途(PMIC)，正在电池供电的操纵中奇特受接待。这有众种来源○○。一个来源是很众电池供电体系相当小，所以需求紧凑的体系处置计划。第二个来源是每个独立IC都有肯定的静态电流○，IC开启或合断时老是会花费少许功率，这最终会耗尽电池电量。正在大无数情形下，将很众分歧的集成电途组合成一个PMIC器件能够低重体系的静态电流。

　　然后○○，该电源经转换后平安地给可用电池充电，以及/或者直接给体系供电。倘使没有输入电源可用，电池中积蓄的能量将通过成果额外高的开合形式电源转换器为体系供电。

　　商场上有很众电池充电器IC○○。电池充电器是一种以平安的形式供应电压和电流，从而为电池充电的器件。拣选集成电途时，开始需求决意操纵线性充电器依旧开合充电器○。线性充电器就像线性稳压器，只可低重可用电压。输入电流大致等于输出电流。

　　很众体系需求电池供电○。电池可用于停电时供应备用电力○○，但厉重用于搬动式筑筑——大到像电动汽车，小到像助听器○○。正在扫数电池供电体系中，电源成果是合节。正在运转工夫一样的情形下，电源成果越低，电池就会越大○，其本钱也越高○○。别的，电池遵循充电状况供应分歧的电压。这就需求卓殊的电源转换器来将电池供应的可变电压调治为体系电子筑筑所需的不变电压。而今，大无数电池供电体系采用可充电电池○，而不是弗成充电的原电池○○。这就哀求体系中包蕴电池充电器。本文将先容各类电池充电架构以及少许具改进性的新用例。当然○，电源转换成果是重中之重。