使用合適的轉(zhuǎn)換器從單節(jié)電池運(yùn)行您的設(shè)計(jì)

如果您正在設(shè)計(jì)一種便攜式設(shè)備，尤其是平均功率相當(dāng)?shù)偷谋銛y式設(shè)備，為什么不使用單節(jié)電池供電呢？我看到許多應(yīng)用使用兩個(gè)或三個(gè)原電池。這似乎是一種相當(dāng)大的浪費(fèi)，因?yàn)槭褂矛F(xiàn)成的低成本開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器芯片就可以了。

當(dāng)然，這些多節(jié)電池會(huì)增加電壓，但是一個(gè)出色的高效升壓轉(zhuǎn)換器可以做到這一點(diǎn)，并為您保持良好的穩(wěn)壓電源。這真是一個(gè)甜蜜的應(yīng)用理念，提供效率和小尺寸。

假設(shè)您需要 3.3V 電源，并且一如既往地希望從電池中獲取盡可能多的能量。您可以使用一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)類型的主 AAA 或 AA 尺寸電池 - 不可充電。在堿性電池或鋰電池中，它們的能量密度比任何可充電電池都要高得多。

堿性電池的成本比鋰電池低（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，它們的能量密度約為 210Wh/kg，約為 1.5V 鋰原電池 （Li-FeS2） 的一半。由于內(nèi)部 Z 值很高，堿性電池的輸出電壓在高負(fù)載下會(huì)下降。數(shù)碼相機(jī)中用過(guò)的堿性電池（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。Energizer? Ultimate Lithium 品牌是 Li-FeS2 型鋰電池 （1.5V） 的一個(gè)示例。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（LiSOCI 2 或 LTC）。這種類型通常不會(huì)在藥店中找到，并且比 Li-FeS2 類型貴很多，但它提供高達(dá) 500WH/kg 的能量密度。它的標(biāo)稱電壓為 3.60V/cell，是最堅(jiān)固的鋰金屬電池之一。LiSOCI 2電池提供比 1.5V Li-FeS2 類型更高的能量密度。

我還必須提到 LiSOCI 2 3.6V 電池有兩個(gè)版本：線軸和螺旋纏繞。繞線管型具有更高的內(nèi)部阻抗，但提供更高的能量密度和非常低的自放電率（《 1%/yr）。這種低自放電率意味著線軸型可以在非常低的電流應(yīng)用中運(yùn)行長(zhǎng)達(dá) 40 年。

3.6V鋰離子電池的使用已經(jīng)很普遍。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)提供標(biāo)準(zhǔn)的 3.3V 電源，因?yàn)殡姵仉妷悍秶?2.7V 和 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，最流行的是單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器 （SEPIC）。這是一個(gè)非隔離電壓轉(zhuǎn)換器，非常不反相，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)使用單個(gè)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 SEPIC 電路的效率，并具有組件數(shù)量更少、成本更低和電路板空間更小的額外好處。

兩個(gè)升壓穩(wěn)壓器的示例

Maxim的MAX17220-MAX17225 是一個(gè)升壓型 DC-DC 轉(zhuǎn)換器 IC 系列，具有三個(gè)功率等級(jí)（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 的最小 V IN。這些 IC 采用超低靜態(tài)電流，并具有 Maxim 所稱的 True Shutdown ?功能，可在沒(méi)有正向或反向電流的情況下將輸出與輸入斷開(kāi)。它們的輸出電壓可以通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 1% 電阻器來(lái)選擇，并且借助這些器件的內(nèi)置電源開(kāi)關(guān)，電路設(shè)計(jì)只需要四個(gè)外部元件。

圖1.MAX17220–MAX17225基本電路

這些 IC 在其整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)提供非常小的總解決方案尺寸和高效率（高達(dá) 95%）（參見(jiàn)圖 2 中的框圖）。它們的開(kāi)關(guān)頻率高達(dá) 2.5MHz，非常適合需要長(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。這些 IC 的 2 毫米 x 2 毫米 6 引腳 μDFN 或 0.88 毫米 x 1.4 毫米 6 凸點(diǎn) WLP 封裝可簡(jiǎn)化 PCB 布局。某些版本具有啟動(dòng)后啟用瞬態(tài)保護(hù) （ETP），允許輸出在輸入電壓低至 400mV 時(shí)保持穩(wěn)定。最小啟動(dòng)電壓為 0.88V。

圖 2. MAX17220–MAX17225 框圖

MAX1705 和MAX1706 是高效、低噪聲、升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，帶有輔助線性穩(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)覆蓋其使用壽命電壓范圍，但這些轉(zhuǎn)換器結(jié)合了升壓和線性穩(wěn)壓器，并且線性輸出也是非常低噪聲的電源。它們使用 300kHz 同步整流器 PWM 升壓拓?fù)鋸碾姵剌斎耄ɡ?1 至 3 節(jié) NiCd/NiMH 電池或 1 節(jié)鋰離子電池）產(chǎn)生 2.5V 至 5.5V 的輸出。它們?cè)谡麄€(gè)工作電壓范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的輸出。MAX1705 有一個(gè) 1A n 溝道 MOSFET 開(kāi)關(guān)，而 MAX1706 有一個(gè) 0.5A 開(kāi)關(guān)。最小 V IN為 1.1V，它們具有 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。提高效率的跟蹤模式可將升壓型 DC-DC 轉(zhuǎn)換器輸出降低到比線性穩(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)模式以提高輕負(fù)載時(shí)的效率，并具有 1μA 關(guān)斷模式。這兩款器件均采用 16 引腳 QSOP 封裝，并具有兩個(gè)用于推開(kāi)/推開(kāi)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，占用與 8 引腳 SO 相同的空間，并且處于標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)溫度范圍內(nèi)。MAX1705評(píng)估套件可用于考慮用于一系列不同電池供電設(shè)計(jì)的 IC。

審核編輯：郭婷