如何用“沒電”電池給電路供電

電池通過其陽極、陰極和電解質(zhì)材料之間的化學反應(yīng)產(chǎn)生電能。值得注意的是，在電池術(shù)語中，正極端是陰極，負極端是陽極。

當你操作電路時，電路所需的電流根據(jù)執(zhí)行的任務(wù)而異。因此，所需的典型電流小于最大電流。理論上，電池的電壓不應(yīng)依賴于它提供的電流大小，但這只是近似情況。事實上，所有電池都具有負的V-I曲線，如果電池供給的電流增加，其電壓就下降。這種效果就像電池有一個等效串聯(lián)電阻（ESR）一樣，它稱為阻抗。通常其影響很小，但相機中的臨界電壓傳感器（dead voltage sensor）可能非常敏感，所以小影響可能產(chǎn)生大不同。

顯然，所有求生技能族對遠離電網(wǎng)、節(jié)約能源或自己生成能源都很感興趣。但我們看看，當你需要照亮露營地，而你只擁有幾節(jié)“沒電”的電池時，該怎么辦？你知道嗎，大多數(shù)1.5V的AA電池，當電壓下降到1.3V到0.9V之間時，通常就被認為沒電了。

一切都取決于你的設(shè)備采用什么樣的電路，你可以假設(shè)在電池電壓用掉約20％后，就被當作沒電了。這意味著幾乎100％被丟棄電池的電量都沒有徹底耗盡。當然，如果這些電池不能在你想要的設(shè)備中使用，就沒多大意義了。仔細選擇組件和電路設(shè)計可讓你達到極低功耗設(shè)計的新水平。微控制器是許多嵌入式設(shè)計的核心，它通常都在運行程序，使設(shè)備按預(yù)期功能工作。不容忽視的是，微控制器制造商增加了許多有助于降低功耗的功能。

在電池供電的系統(tǒng)中，時間是關(guān)鍵參數(shù)。不同于交流供電系統(tǒng)，其電源電壓在給定范圍內(nèi)變化、額定電流的可用性在持續(xù)時間內(nèi)無限制，電池只能在再充電或更換之前的有限時間內(nèi)供電。此外，在電池放電時，電流消耗越大，電池的壓降越大（圖1）。

圖1：電池放電是電流放電速率的函數(shù)。

設(shè)計高效電池供電系統(tǒng)的關(guān)鍵是：

（a）通過使電路吸收的電流（特別是連續(xù)的“靜態(tài)電流”）最小，來最大限度地延長電池壽命；

（b）必要時，通過在電池和負載之間使用某種形式的調(diào)節(jié)電路，在放電期間使提供給負載的電壓保持恒定。

例如，用100mA-小時容量的AA型電池給耗電1mA的電路供電，可在再充電或更換電池前運行約100小時。如果靜態(tài)電流降低到100μA，理想情況下，電池壽命將延長到約1000小時。如果使用電池給靜態(tài)電流低至1μA的電路供電，則電池壽命將增加到10~11年。這就是為什么要使用靜態(tài)電流盡可能小的運放和直流-直流轉(zhuǎn)換器的原因。例如，德州儀器（TI）和凌力爾特（Linear Technology）等公司就有這種靜態(tài)電流為400nA~2000nA的新器件。

在設(shè)計電池供電系統(tǒng)之前，了解系統(tǒng)使用環(huán)境、要求和運行條件非常重要。這使設(shè)計師可以確定應(yīng)使用哪種類型的電池（例如，一次性或可充電），以及電池需要更換或充電的頻率。

延長電池可工作時長的三種方法是：

（1）如果需要連續(xù)工作，最小化靜態(tài)電流；

（2）脈動方式啟/閉負載，使電池工作在較低占空比；

（3）不工作時關(guān)閉電路。