便攜式電子電池種類及低功耗設(shè)計的選擇策略

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

對于電池供電應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計來說，設(shè)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(qū)動便攜式應(yīng)用的電池技術(shù)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(jìn)行放電和充電。后面我們將討論現(xiàn)今集成解決方案的電源管理和電池管理電路設(shè)計。

主流電池技術(shù)分類：

1.不可充電型

舉例說明：某種無線光電鼠標(biāo)解決方案的工作電壓范圍是1.8V至3.2V。該鼠標(biāo)使用2節(jié)串聯(lián)配置的堿性電池便可正常工作，無需附加穩(wěn)壓電源。如果需要極其緊湊的鼠標(biāo)設(shè)計，則2節(jié)AA/AAA堿性電池可能不適用。在這種情況下，可使用單節(jié)AA/AAA堿性電池來減少所占空間，但需要用升壓轉(zhuǎn)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(nèi)。典型堿性電池具有大約1.5V至1.65V的浮動電壓，標(biāo)稱電壓為1.2V，壽命結(jié)束時的電壓為大約0.9V。單節(jié)堿性電池壽命結(jié)束時的電壓可低至0.7V- 0.8V，具體取決于負(fù)載電流。表1展示了一些常見的堿性電池配置。某些應(yīng)用可采用多種配置，具體取決于產(chǎn)品外形、系統(tǒng)要求、可用解決方案和功耗預(yù)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(jìn)行說明。由于可充電電池被認(rèn)為是二次電池，每次使用后都可將電量盡可能恢復(fù)到原始狀態(tài)，直至電池壽命結(jié)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(tǒng)鎳氫電池的一個缺點是自放電率高，但有一家領(lǐng)先的電池制造商已克服了這一難關(guān)，其推出的鎳氫電池系列在生產(chǎn)12個月后仍可保持至少85%的電容量?；謴?fù)鎳氫電池的電量有簡單且低成本的解決方案，但采用雙重截止充電方法(通過充電電流和工作環(huán)境來指定)的嵌入式充電器將獲得最優(yōu)性能。雙重截止充電方法結(jié)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(rèn)為是成熟的電池技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于移動電話和汽車等領(lǐng)域。在設(shè)計多節(jié)電池系統(tǒng)時，單節(jié)標(biāo)稱電壓為3.6V的電池具有巨大優(yōu)勢，可減少2/3的電池節(jié)數(shù)。

鋰離子電池在質(zhì)量和體積上的高能量密度使其適用于多種便攜式應(yīng)用，例如個人媒體播放器或無線藍(lán)牙(Bluetooth)耳機(jī)。但是，需要提供保護(hù)電路，以將鋰離子電池可能導(dǎo)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(shè)計合理的鋰離子電池電源管理系統(tǒng)將延長電池使用壽命，并提高整個系統(tǒng)的可靠性。