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便携式应用的电池怎么样设计

钜大LARGE  |  点击量:85次  |  2020年10月22日  

摘要
主要的电池技能  电池技能可简略地分为两类:不行充电型和可充电型。不行充电电池在使用一次后即废弃,称为一次性电池。碱性电池是最常见的家用一次性电池。市面上也有碱性可充电电池,但不在本文的评论范围内。典

重要的电池技能


电池技能可简略地分为两类:不行充电型和可充电型。不行充电电池在使用一次后即废弃,称为一次性电池。碱性电池是最常见的家用一次性电池。市面上也有碱性可充电电池,但不在本文的评论范围内。典型碱性电池具有大约1.5V至1.65V的浮动电压,标称电压为1.2V,寿数完毕时的电压为大约0.9V.单节碱性电池寿数完毕时的电压可低至0.7V-0.8V,详细取决于负载电流。表1展示了一些常见的碱性电池装备。某些使用可采用多种装备,详细取决于产品外形、体系要求、可用解决方法和功耗预算。


例如,某种无线光电鼠标解决方法的工作电压范围是1.8V至3.2V.该鼠标使用2节串联装备的碱性电池便可正常工作,无需附加稳压电源。假如需求极端紧凑的鼠标规划,则2节AA/AAA碱性电池或许不适用。在这种情况下,可使用单节AA/AAA碱性电池来削减所占空间,但需求用升压转换器将电压升至1.8V。


怎么规划便携式使用的电池


可充电电池被认为是二次电池,每次使用后都可将电量尽或许恢复到原始状况,直至电池寿数完毕。本文将以锂离子电池(Li-Ion)、锂聚合物电池(Li-Poly)和镍氢电池(NiMH)为例进行说明。镍氢电池是很好的碱性电池替代品,由于其外形和工作电压范围与碱性电池类似。传统镍氢电池的一个缺点是自放电率高(每月约20%,如表2所示),但有一家领先的电池制造商已克服了这一难关,其推出的镍氢电池系列在出产12个月后仍可保持至少85%的电容量。恢复镍氢电池的电量有简略且低成本的解决方法,但采用两层截止充电办法(经过充电电流和工作环境来指定)的嵌入式充电器将获得最优功用。两层截止充电办法结合了温度随时刻升高和电压随时刻下降(或不变)的特性。


怎么规划便携式使用的电池


锂离子电池目前被认为是老练的电池技能,已广泛使用于移动电话和轿车等领域,由于与十年前比较,其出产成本更低且功用更好。在规划多节电池体系时,单节标称电压为3.6V的电池具有巨大优势,可削减2/3的电池节数。锂离子电池在质量和体积上的高能量密度使其适用于多种便携式使用,例如个人媒体播放器或无线蓝牙(Bluetooth)耳机。可是,需求供给保护电路,以将锂离子电池或许导致的危险(例如过充或过热)降至最低限度。锂离子电池的使用寿数相对较长(可充电500-1,000次),假如每天都对电池充电,在至12年后才需求替换。规划合理的锂离子电池电源办理体系将延伸电池使用寿数,并提高整个体系的可靠性。


电池供电使用中的集成电路


除了体系的主芯片组(假如含有的话)外,现代电池体系规划通常至少含有以下集成电路(integratedcircuit,IC)中的一种:


1.电源办理单元(PowerManagementUnit,PMU)


2.单片机单元(MicrocontrollerUnit,MCU)


3.电池办理单元(BatteryManagementUnit,BMU)


本部分将评论这些IC以及怎么选择适当拓扑以延伸电池运行时刻并到达规划目标。


PMU在体系中供给调理后的电压或电流。某些稳压功用集成在主芯片组内。可是,由于布线复杂性、EMI问题和功用缺乏(包含电源输出通道数不行或负载才能缺乏等),仍需求单片式转换器。单片式电压转换器可供给单个或多个输出。


电池供电使用常用的功率调理拓扑包含但不限于线性稳压器、开关电容稳压器和电感开关稳压器。所有这些拓扑的功用都是相同的,即在规划的电流范围内对输出电压进行稳压(如直流-直流转换器),或在指定的电压范围内调理电流(如LED驱动器)。每种拓扑或许都需求独自一篇文章来进行介绍。本文重点介绍电源办理规划的基础知识。


在选择稳压器时,很容易想到低压差稳压器(LowDropoutRegulator,LDO)。LDO的EMI问题最少,并且需求的外部元件数通常也最少。


POUT=VOUTxIOUT公式1


PIN=VINx(IOUT+IQ)公式2


η=POUT/PIN=VOUTxIOUT/VINx(IOUT+IQ)公式3


IQ《IOUT时,


η=VOUT/VIN公式4


假如输出电流远大于静态电流(IQ),则可以忽略IQ.有关线性电路,输入电流等于输出电流与静态电流之和。因而,功率可简化为输出电压除以输入电压,如公式4所示。在电池供电规划中,IQ非常重要,由于待机时刻将决定替换一次性电池的频率或对二次电池进行充电的频率。延伸待机时刻的办法之一是选择低IQ器材。


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