正確的轉(zhuǎn)換器可讓您使用一塊電池運行便攜式設(shè)備

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

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

假設(shè)您需要一個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。您可以使用一個標準類型的主 AAA 或 AA 尺寸電池 - 不可充電。無論是堿性還是鋰，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，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載下會因為高內(nèi)部Z軸而下降。數(shù)碼相機中用過的堿性物質(zhì)（高峰值負載）將留下足夠的能量來運行廚房時鐘兩年。鋰鋰-FeS2型電池（1.5V）的一個例子是勁量終極鋰品牌。它們具有400WH / kg的能量密度和相對較低的阻抗。

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）。這種類型通常不會在藥店中找到，并且比Li-FeS2類型貴得多，但它提供高達500WH / kg的能量密度。它的標稱電壓為3.60V/節(jié)，是最堅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)用中運行長達 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之一是必須使用升壓/降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器來制作標準的3.3V電源，因為電池電壓范圍在2.7V至4.2V之間。

有幾種不同的拓撲可用于組合升壓/降壓轉(zhuǎn)換器，最受歡迎的是單端初級電感轉(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。

另一個經(jīng)常被忽視的選項是升壓轉(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，因此通常認為效率較差。然而，當用單節(jié)鋰離子電池產(chǎn)生3.3V電壓時，該電路的效率可以超過等效的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)斷斷開輸出與輸入的連接，沒有正向或反向電流。其輸出電壓可通過一個標準的 1% 電阻器進行選擇，并且利用器件的內(nèi)置電源開關(guān)，電路設(shè)計僅需 <> 個外部元件。

圖1. MAX17220–MAX17225基本電路

這些IC在整個負載范圍內(nèi)提供非常小的整體解決方案尺寸和高效率（高達95%）（框圖見圖2）。其開關(guān)頻率高達 2.5MHz，非常適合必須具有長電池壽命的電池供電應(yīng)用。它們使用固定導(dǎo)通時間、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。某些版本具有啟動后使能瞬態(tài)保護 （ETP），允許輸出在輸入電壓低至 400mV 時保持穩(wěn)壓。最小啟動電壓為 0.88V。

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-升壓拓撲來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 升壓拓撲，從電池輸入（例如 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。它們在整個工作電壓范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的輸出。MAX1705具有1A n溝道MOSFET開關(guān)，MAX1706具有0.5A開關(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 200mA 的電流。效率增強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)制待機模式和 1μA 關(guān)斷模式，以提高輕負載條件下的效率。兩款器件均采用 16 引腳 QSOP 封裝，具有兩個用于推開/推斷控制的關(guān)斷控制輸入，以及一個用作電壓監(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，溫度范圍為標準或工業(yè)溫度范圍。MAX1705評估板可用于考慮各種不同電池供電設(shè)計的IC。

審核編輯：郭婷