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正確的轉(zhuǎn)換器可讓您使用一塊電池運(yùn)行便攜式設(shè)備

星星科技指導(dǎo)員 ? 來(lái)源:ADI ? 作者:ADI ? 2023-06-30 10:34 ? 次閱讀

如果您正在設(shè)計(jì)便攜式設(shè)備,尤其是平均功耗相當(dāng)?shù)偷脑O(shè)備,為什么不使用單個(gè)電池操作呢?我看到許多應(yīng)用使用兩個(gè)或三個(gè)原電池。這似乎是一個(gè)相當(dāng)大的浪費(fèi),當(dāng)人們使用現(xiàn)成的低成本開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器芯片就可以了。

當(dāng)然,這些多塊電池會(huì)增加電壓,但一個(gè)偉大的高效升壓轉(zhuǎn)換器可以做到這一點(diǎn),并為您提供良好的穩(wěn)壓電源。這真的是一個(gè)甜蜜的應(yīng)用理念,提供效率和小尺寸。

假設(shè)您需要一個(gè)3.3V電源,并且一如既往,您希望從電池中獲取盡可能多的能量。您可以使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)類型的主 AAA 或 AA 尺寸電池 - 不可充電。無(wú)論是堿性還是鋰,它們的能量密度都比任何可充電電池高得多。

堿性電池的成本比鋰低(1/3),但具有更高的內(nèi)阻,因此在低放電率下工作得更好。此外,在大約210Wh / kg時(shí),它們的能量密度約為1.5V鋰原電池(Li-FeS2)的一半。堿性電池的輸出電壓在高負(fù)載下會(huì)因?yàn)楦邇?nèi)部Z軸而下降。數(shù)碼相機(jī)中用過(guò)的堿性物質(zhì)(高峰值負(fù)載)將留下足夠的能量來(lái)運(yùn)行廚房時(shí)鐘兩年。鋰鋰-FeS2型電池(1.5V)的一個(gè)例子是勁量終極鋰品牌。它們具有400WH / kg的能量密度和相對(duì)較低的阻抗。

兩種類型的3.6V一次鋰離子電池

另一種類型的鋰電池是鋰亞硫酰氯(LiSOCI2或萊特幣)。這種類型通常不會(huì)在藥店中找到,并且比Li-FeS2類型貴得多,但它提供高達(dá)500WH / kg的能量密度。它的標(biāo)稱電壓為3.60V/節(jié),是最堅(jiān)固的鋰金屬電池之一。LiSOCI2電池提供比1.5V Li-FeS2型更高的能量密度。

我還必須提到 LiSOCI23.6V電池有兩種版本:線軸和螺旋纏繞。線軸型具有較高的內(nèi)部阻抗,但具有更高的能量密度和非常低的自放電率(< 1%/年)。這種低自放電率意味著線軸型可以在極低電流應(yīng)用中運(yùn)行長(zhǎng)達(dá) 40 年。

使用3.6V鋰離子電池已變得普遍。這種電池的主要缺點(diǎn)之一是必須使用升壓/降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器來(lái)制作標(biāo)準(zhǔn)的3.3V電源,因?yàn)殡姵仉妷悍秶?.7V至4.2V之間。

有幾種不同的拓?fù)淇捎糜诮M合升壓/降壓轉(zhuǎn)換器,最受歡迎的是單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)。這是一種非隔離式電壓轉(zhuǎn)換器,具有異常的同相功能,但也可以反相。

另一個(gè)經(jīng)常被忽視的選項(xiàng)是升壓轉(zhuǎn)換器,后接低壓差(LDO)穩(wěn)壓器。由于降壓功能使用線性穩(wěn)壓器,因此通常認(rèn)為效率較差。然而,當(dāng)用單節(jié)鋰離子電池產(chǎn)生3.3V電壓時(shí),該電路的效率可以超過(guò)等效的SEPIC電路,并具有元件數(shù)量更少、成本更低、電路板空間更小的額外好處。

兩個(gè)升壓穩(wěn)壓器示例

Maxim的MAX17220-MAX17225是升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器IC系列,具有三種功率電平(電路圖見(jiàn)圖1)。它們提供 225mA、0.5A 或 1A 峰值電感電流,并具有 0.40V 最小電壓在.IC采用超低靜態(tài)電流,并具有Maxim所謂的真關(guān)斷斷開(kāi)輸出與輸入的連接,沒(méi)有正向或反向電流。其輸出電壓可通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 1% 電阻器進(jìn)行選擇,并且利用器件的內(nèi)置電源開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)僅需 <> 個(gè)外部元件。

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圖1. MAX17220–MAX17225基本電路

這些IC在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)提供非常小的整體解決方案尺寸和高效率(高達(dá)95%)(框圖見(jiàn)圖2)。其開(kāi)關(guān)頻率高達(dá) 2.5MHz,非常適合必須具有長(zhǎng)電池壽命的電池供電應(yīng)用。它們使用固定導(dǎo)通時(shí)間、限流、脈沖頻率調(diào)制 (PFM) 控制方案。IC采用2mm x 2mm 6引腳μDFN或0.88mm x 1.4mm 6焊球WLP封裝,便于PCB布局。某些版本具有啟動(dòng)后使能瞬態(tài)保護(hù) (ETP),允許輸出在輸入電壓低至 400mV 時(shí)保持穩(wěn)壓。最小啟動(dòng)電壓為 0.88V。

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圖2.MAX17220–MAX17225框圖

MAX1705和MAX1706為高效率、低噪聲、升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器,具有輔助線性穩(wěn)壓器輸出。正如我之前提到的,3.6V鋰電池通常需要降壓-升壓拓?fù)鋪?lái)覆蓋其生命周期電壓范圍,但這些轉(zhuǎn)換器結(jié)合了升壓和線性穩(wěn)壓器,線性輸出也是一種非常低噪聲的電源。它們使用 300kHz 同步整流器 PWM 升壓拓?fù)洌瑥碾姵剌斎耄ɡ?2 至 5 節(jié) NiCd/NiMH 電池或 5 節(jié)鋰離子電池)產(chǎn)生 5.1V 至 3.1V 輸出。它們?cè)谡麄€(gè)工作電壓范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的輸出。MAX1705具有1A n溝道MOSFET開(kāi)關(guān),MAX1706具有0.5A開(kāi)關(guān)。最小 V在為 1.1V,具有 1μA 關(guān)斷模式。

兩款器件中的線性穩(wěn)壓器可提供高達(dá) 200mA 的電流。效率增強(qiáng)的跟蹤模式可將升壓型 DC-DC 轉(zhuǎn)換器輸出降至比線性穩(wěn)壓器輸出高 300mV。這些器件的效率比類似的非同步轉(zhuǎn)換器高 5%。它們具有脈沖頻率調(diào)制待機(jī)模式和 1μA 關(guān)斷模式,以提高輕負(fù)載條件下的效率。兩款器件均采用 16 引腳 QSOP 封裝,具有兩個(gè)用于推開(kāi)/推斷控制的關(guān)斷控制輸入,以及一個(gè)用作電壓監(jiān)視器的非專用比較器。它們采用 16 引腳 QSOP 封裝,占用的空間與 8 引腳 SO 相同,溫度范圍為標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)溫度范圍。MAX1705評(píng)估板可用于考慮各種不同電池供電設(shè)計(jì)的IC。

審核編輯:郭婷

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