可充電電池應用

  不可充電電池應用適用于僅偶爾使用電源的應用，即設(shè)備在返回深度睡眠模式之前偶爾通電，在該模式下，設(shè)備消耗的電量少。使用它作為電源的主要優(yōu)點是它提供了高能量密度和更簡單的設(shè)計，因為您不需要容納電池充電/管理電路，并且成本更低，因為電池更便宜并且需要更少的電子設(shè)備。它們非常適合低成本、低功耗應用。然而，由于電池的使用壽命有限，它們不太適合功耗稍高的應用。
    考慮具有許多節(jié)點的大型物聯(lián)網(wǎng)安裝。當您有一名技術(shù)人員現(xiàn)場更換一臺設(shè)備的電池時，通常會性更換所有電池，以節(jié)省人工成本。當然，這是一種浪費，只會加劇廢物問題。重要的是，不可充電電池僅提供制造它們所用電力的約 2%。約 98% 的能源被浪費，使其成為非常不經(jīng)濟的能源。
    顯然，這些確實在基于物聯(lián)網(wǎng)的應用中占有一席之地。它們相對較低的初始成本使其成為低功耗應用的理想選擇。有許多不同的類型和尺寸可供選擇，并且由于它們不需要太多額外的電子設(shè)備來充電或管理，因此它們是一個簡單的解決方案。
    從設(shè)計的角度來看，關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是充分利用這些電源提供的能量。為此，制定電力預算計劃以確保限度地延長電池的使用壽命非常重要，其中 10 年是常見的使用壽命目標。
    對于電池應用，ADI 毫微功耗系列產(chǎn)品中的兩個部件值得考慮：LTC3337 毫微功耗庫侖計數(shù)器和 LTC3336 毫微功耗降壓穩(wěn)壓器，如圖 1 所示。
    LTC3336 是一款低功耗 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，采用高達 15V 的輸入電壓運行，具有可編程峰值輸出電流水平。輸入電壓可低至 2.5V，非常適合電池供電的應用。
    空載調(diào)節(jié)時靜態(tài)電流極低，僅為 65 nA。隨著 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的發(fā)展，它很容易在新設(shè)計中設(shè)置和使用。輸出電壓根據(jù) OUT0 至 OUT3 引腳的連接方式進行編程。
    LTC3336 的配套器件是 LTC3337，這是一款毫微功耗主電池健康狀況監(jiān)視器和庫侖計數(shù)器。這是另一個易于在新設(shè)計中使用的器件 — 只需根據(jù)所需的峰值電流（在 5mA 至 100mA 范圍內(nèi)）連接 IPK 引腳即可。根據(jù)您選擇的電池運行一些計算，然后根據(jù)數(shù)據(jù)表中注明的所選峰值電流填充建議的輸出上限。

    終，對于功耗預算有限的物聯(lián)網(wǎng)應用來說，這是一個的設(shè)備組合。這些部件既可以準確監(jiān)控主電池的能量使用情況，又可以有效地將輸出轉(zhuǎn)換為可用的系統(tǒng)電壓。

圖 1：LTC3337 和 LTC3336 應用電路

    讓我們繼續(xù)討論可充電應用程序。對于無法頻繁更換主電池的高功率或高耗電物聯(lián)網(wǎng)應用來說，這是一個不錯的選擇。由于電池和充電電路的初始成本，可充電電池應用是一種成本較高的實施方案，但在電池頻繁耗盡和充電的高耗電應用中，成本是合理的并且很快就能收回。
    根據(jù)所使用的化學物質(zhì)，可充電電池應用的初始能量可能比原電池低，但從長遠來看，它是更有效的選擇，總體上浪費更少。根據(jù)電力需求，另一種選擇是電容器或超級電容器存儲，但這些更適合短期備份存儲。

    電池充電涉及多種不同的模式和配置文件，具體取決于所使用的化學物質(zhì)。例如，鋰離子電池充電曲線如圖 2 所示。底部是電池電壓，縱軸是充電電流。

    圖 2：充電電流與電池電壓

    圖 3：充電電壓/電流與時間的關(guān)系
    當電池嚴重放電時，如圖2左側(cè)所示，充電器需要足夠聰明，將其置于預充電模式，以緩慢地將電池電壓增加到安全水平，然后再進入恒流模式。
    在恒流模式下，充電器將編程電流推入電池，直到電池電壓升至編程浮動電壓。
    編程電流和電壓均由所使用的電池類型定義-充電電流受 C 速率和所需充電時間的限制，浮動電壓基于對電池安全的電壓。如果系統(tǒng)需要，系統(tǒng)設(shè)計人員可以稍微降低浮動電壓，以幫助延長電池的使用壽命。
    當達到浮動電壓時，充電電流降至零，并且根據(jù)終止算法將該電壓保持一段時間。
    圖 3 提供了三單元應用程序的不同圖表，顯示了隨時間變化的行為。電池電壓顯示為紅色，充電電流顯示為藍色。它以恒流模式啟動，電流達到峰值 2A，直到電池電壓達到 12.6V 恒壓閾值。充電器在終止計時器定義的時間內(nèi)保持該電壓 — 在本例中為四小時窗口。該時間在許多充電器部件上都是可編程的。

    有關(guān)電池充電以及一些有趣產(chǎn)品的更多信息，請閱讀模擬對話文章“適用于任何化學物質(zhì)的簡單電池充電器 IC ”。

    圖 4 顯示了多功能降壓電池充電器 LTC4162 的示例，該充電器可提供高達 3.2A 的充電電流，適用于多種應用，包括便攜式儀器和需要更大電池或多節(jié)電池的應用。它還可以用于通過太陽能充電。

    圖 4：LTC4162，一款 3.2A 降壓電池充電器