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便攜式電子中的電池種類及低功耗設計的選擇策略

時間:2017-7-6 來源:  佛山市渝海電源有限公司

隨著科技的發展,電池供電逐漸應用在綠色產品中,不再僅僅限制于便攜式娛樂設備和手持產品的供電。在綠色產品供電中最為常見的便是:電動車與光伏應用。逐漸普及的日常應用中,工程師們如何選擇電池的種類及低功耗的設計方案成為了成功開發電源供電產品的關鍵,而其中電源管理設計是使用戶體驗是否成功的重要所在。

對于電池供電應用的系統設計來說,設計的安全性、成本、尺寸以及將電池的運行時間最大化并延長其使用壽命是非常重要的。由于驅動便攜式應用的電池技術不斷增多,工程師們需要選擇合適的方法來對可充電電池進行放電和充電。后面我們將討論現今集成解決方案的電源管理和電池管理電路設計。

主流電池技術分類:

1.不可充電型

舉例說明:某種無線光電鼠標解決方案的工作電壓范圍是1.8V至3.2V。該鼠標使用2節串聯配置的堿性電池便可正常工作,無需附加穩壓電源。如果需要極其緊湊的鼠標設計,則2節AA/AAA堿性電池可能不適用。在這種情況下,可使用單節AA/AAA堿性電池來減少所占空間,但需要用升壓轉換器將電壓升至1.8V。

不可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,但不在本文的討論范圍內。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,壽命結束時的電壓為大約0.9V。單節堿性電池壽命結束時的電壓可低至0.7V-0.8V,具體取決于負載電流。表1展示了一些常見的堿性電池配置。某些應用可采用多種配置,具體取決于產品外形、系統要求、可用解決方案和功耗預算。


2.可充電型

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。由于可充電電池被認為是二次電池,每次使用后都可將電量盡可能恢復到原始狀態,直至電池壽命結束。鎳氫電池是很好的堿性電池替代品,因為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生產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唵吻业统杀镜慕鉀Q方案,但采用雙重截止充電方法(通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性能。雙重截止充電方法結合了溫度隨時間升高和電壓隨時間降低(或不變)的特性。

我們都知道,鋰離子電池目前被認為是成熟的電池技術,已廣泛應用于移動電話和汽車等領域。在設計多節電池系統時,單節標稱電壓為3.6V的電池具有巨大優勢,可減少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應用,例如個人媒體播放器或無線藍牙(Bluetooth)耳機。但是,需要提供保護電路,以將鋰離子電池可能導致的危險(例如過充或過熱)降至最低限度。鋰離子電池的使用壽命相對較長(可充電500-1,000次),如果每天都對電池充電,在1至2年后才需要更換。設計合理的鋰離子電池電源管理系統將延長電池使用壽命,并提高整個系統的可靠性。


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