如何最大程度地提高功率和下降整個(gè)體系的功耗來(lái)延長(zhǎng)電池使用壽命？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-16 22:02
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為便攜式電子設(shè)備開(kāi)發(fā)電源電路要求規(guī)劃工程師經(jīng)過(guò)最大程度地提高功率和下降整個(gè)體系的功耗來(lái)延長(zhǎng)電池使用壽命，這推動(dòng)器材本身的尺寸變得更小，然后有益于在規(guī)劃終端產(chǎn)品時(shí)取得更高靈活性。這種規(guī)劃的最重要元器材之一是電源辦理IC或DC/DC轉(zhuǎn)換器。
高效DC/DC轉(zhuǎn)換器是一切便攜式規(guī)劃的根底。許多便攜式電子使用被規(guī)劃成選用單節(jié)AA或AAA電池作業(yè)，這給電源規(guī)劃工程師提出了挑戰(zhàn)。從850mV～1.5V的輸入電壓發(fā)生一個(gè)穩(wěn)定的3.3V體系輸出，要求同步升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器可以在固定開(kāi)關(guān)頻率下作業(yè)，同時(shí)附帶片上補(bǔ)償電路，而且需要微型低高度電感和陶瓷電容，最好選用微型IC封裝以減少它在設(shè)備規(guī)劃中的總占位面積。
一個(gè)由薄型SOT IC封裝和少量外部元器材組成的經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的電路規(guī)劃，完成了一個(gè)僅占7×9mm2板面積的功率為90%的單電池到3.3V/150mA轉(zhuǎn)換器。當(dāng)在單電池輸入（1.5V）下作業(yè)時(shí)，25mA～80mA之間的負(fù)載電流可能完成90%以上的功率。一個(gè)外部低電流肖特基二極管（雖然并不是必需的）將在較高輸出電流下最大程度地提高功率。
這個(gè)電路規(guī)劃集成了帶額定電阻值為0.35Ω（N）且典型電阻值為0.45Ω（P）的低柵電極電壓內(nèi)部開(kāi)關(guān)的高效DC/DC轉(zhuǎn)換器。在整個(gè)作業(yè)溫度范圍內(nèi)，開(kāi)關(guān)電流約束一般為850mA，然后在新的堿性AA單節(jié)電池輸入和兩節(jié)電池輸入時(shí)可分別完成0.66W和2.5W的輸出功率。
電流形式控制供給超卓的輸入線路和輸出負(fù)載瞬態(tài)呼應(yīng)。斜坡補(bǔ)償（這是當(dāng)占空比超越50%時(shí)用來(lái)防止分頻諧波不穩(wěn)定性所必需的）可以整合到轉(zhuǎn)換器中，與電路一起堅(jiān)持恒流約束閾值，而不管輸入電壓是多少。
主要特性
先進(jìn)電源辦理IC規(guī)劃的兩個(gè)特性會(huì)影響其作業(yè)功率：內(nèi)部反應(yīng)機(jī)制的集成和可在作業(yè)期間節(jié)約能量的節(jié)電形式的加入。增加的內(nèi)部反應(yīng)回路補(bǔ)償不再需要外部元器材了，然后下降了總成本，簡(jiǎn)化了規(guī)劃進(jìn)程。經(jīng)過(guò)僅在需要時(shí)激活電源轉(zhuǎn)換器以將輸出電壓調(diào)制堅(jiān)持在1%以內(nèi)，節(jié)電作業(yè)形式提高了輕負(fù)載（ILOAD < 3mA，典型值）時(shí)的轉(zhuǎn)換器功率。一旦輸出電壓在進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換器會(huì)切換至睡眠狀態(tài)，然后減少柵電荷丟失和靜態(tài)電流。不帶節(jié)電形式的類似IC將被強(qiáng)制在整個(gè)作業(yè)范圍內(nèi)堅(jiān)持穩(wěn)定的PWM，然后增加了靜態(tài)電流。雖然在一些頻率靈敏的使用中恒頻PWM可能會(huì)受歡迎，但它會(huì)下降總體系功率。
關(guān)斷電流低于1mA，而且這個(gè)引腳上的磁滯允許對(duì)VIN進(jìn)行簡(jiǎn)略的阻性上拉然后連續(xù)作業(yè)。還要留意，在關(guān)斷進(jìn)程中，VOUT堅(jiān)持低于VIN的未經(jīng)過(guò)調(diào)制的600mV。當(dāng)存儲(chǔ)器或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘有必要在斷電期間堅(jiān)持激活時(shí)，這個(gè)特性特別有用?？梢越?jīng)過(guò)更改分壓器的電阻值輕松設(shè)定輸出電壓。
為了從電池電源取得最高成效，DC/DC轉(zhuǎn)換器有必要可以在1V以下的輸入電壓下作業(yè)，并供給范圍在2.5V～5V之間的可調(diào)整輸出電壓。抱負(fù)情況下，這種器材還將可以在低至0.65V的輸入電壓下持續(xù)作業(yè)，唯一的局限性在于輸入電源供給足夠功率的才能。
這個(gè)特性將消除對(duì)大的輸入旁路電容的需要，然后節(jié)約了板空間、下降了成本。在低至0.65V的輸入電壓下作業(yè)的才能，是從電量接近耗盡的電池中取得更長(zhǎng)使用壽命的重要特性。
以兩個(gè)由單節(jié)電池供電的便攜式設(shè)備為例，其電池使用壽命的比較表明，在抱負(fù)測(cè)驗(yàn)條件下，電源辦理IC在低壓形式下作業(yè)的才能使其可比傳統(tǒng)DC/DC轉(zhuǎn)換器多供給六個(gè)多小時(shí)的電池使用壽命。作業(yè)壽命延長(zhǎng)40%為終端產(chǎn)品供給了明顯的優(yōu)勢(shì)。
EMI抑制辦法
當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器在非連續(xù)形式下作業(yè)時(shí)（即功率傳動(dòng)周期開(kāi)始之前，電感電流降至零時(shí)），可能存在EMI問(wèn)題。為了幫助下降電勢(shì)參考點(diǎn)，在電感電流為零且器材處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，可將一個(gè)100Ω的內(nèi)部阻尼電路跨接在電感上。
EMI和總功能質(zhì)量也會(huì)受PCB布局的影響。高速作業(yè)的低壓輸入器材需要分外留意線路板布局，特別是處于觸及N溝道和P溝道開(kāi)關(guān)切換的作業(yè)周期期間的高電流通路。SW引腳、VIN引腳CIN、COUT和地之間的電流通路應(yīng)短而寬，以形成最低的固有電阻損耗和最低的漏電感18650型鋰電池的優(yōu)點(diǎn)
安全性高
18650鋰電池安全性能高，不爆炸，不燃燒；無(wú)毒，無(wú)污染，經(jīng)過(guò)RoHS商標(biāo)認(rèn)證；各種安全性能一氣呵成，循環(huán)次數(shù)大于500次；耐高溫性能好，65度條件下放電效率達(dá)100%。為防止電池短路現(xiàn)象，18650鋰電池的正負(fù)極是分開(kāi)的。所以它發(fā)生短路現(xiàn)象的可能已經(jīng)降到了極致?？梢约友b保護(hù)板，避免電池過(guò)充過(guò)放，這樣還能延長(zhǎng)了電池的使用壽命。
使用壽命很長(zhǎng)
18650鋰電池的使用壽命很長(zhǎng)，正常使用時(shí)循環(huán)壽命可達(dá)500次以上，是普通電池的兩倍以上。
容量大
18650鋰電池的容量一般為1200mah~3600mah之間，而一般電池容量只有800左右，如果組合起18650鋰電池來(lái)成18650鋰電池組，那18650鋰電池組是隨隨便便都可以突破5000mah的。
內(nèi)阻小
聚合物電芯的內(nèi)阻較一般液態(tài)電芯小，國(guó)產(chǎn)聚合物電芯的內(nèi)阻甚至可以做到35mΩ以下，極大的減低了電池的自耗電，延長(zhǎng)手機(jī)的待機(jī)時(shí)間，完全可以達(dá)到與國(guó)際接軌的水平。這種支持大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的理想選擇，成為最有希望替代鎳氫電池的產(chǎn)品。
經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，18650電池制備工藝已經(jīng)非常成熟，除了性能有了極大提升之外，其安全性也非常完善。為了避免密封的金屬外殼發(fā)生爆炸，現(xiàn)在18650電池都會(huì)在頂部配有一個(gè)安全閥，安全閥是每一顆18650電池的標(biāo)配，也是最重要的一道防爆屏障。當(dāng)電池內(nèi)部壓力過(guò)大時(shí)，其頂部安全閥會(huì)開(kāi)啟排氣減壓，避免爆炸。但是，當(dāng)安全閥開(kāi)啟之后，電池內(nèi)部泄露出的化學(xué)物質(zhì)在高溫的條件下會(huì)與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，仍然有可能出現(xiàn)起火的情況。另外，現(xiàn)在部分18650電池還自帶保護(hù)板，具有過(guò)充過(guò)放和短路保護(hù)等功能，安全性能十分高。
目前業(yè)內(nèi)尚未有明確的理論支撐其各溫度性能下的內(nèi)阻、放電平臺(tái)、壽命、容量等必然聯(lián)系，相關(guān)的計(jì)算公式和數(shù)學(xué)模型還在摸索階段。大體上，鋰電池對(duì)0-40℃這個(gè)區(qū)間的溫度并不敏感，然而一旦溫度超過(guò)這個(gè)區(qū)間，壽命和容量就會(huì)打折扣。
具體的非要定量現(xiàn)在還沒(méi)有辦法，因?yàn)殇囯姵鼗钚蕴?，一致性也是最大的?wèn)題，即使同一批次、同種材料、同種工藝的產(chǎn)品，性能也會(huì)有很大區(qū)別。
做過(guò)很多實(shí)驗(yàn)，不同材料鋰電池的低溫性能也有區(qū)別，現(xiàn)在最熱火的磷酸鐵鋰是低溫性能最差的，我們的產(chǎn)品在-10℃時(shí)放出容量為最大容量的89%，應(yīng)該在業(yè)內(nèi)已經(jīng)是比較高的；在55℃下放出容量可達(dá)到95%，相對(duì)低溫的衰減還是比較少的。這還是送檢產(chǎn)品，大家懂的，質(zhì)量相對(duì)流水線正常產(chǎn)品要高很多。
相對(duì)來(lái)說(shuō)，錳酸鋰、鈷酸鋰和三元產(chǎn)品的低溫性能要好一些，但是也有限；而犧牲的是高溫性能?，F(xiàn)在業(yè)內(nèi)吹磷酸鐵鋰安全性能高，高溫性能好，其實(shí)是電池活性沒(méi)有上述三種高，相對(duì)安全一些。整體性能還是不如錳鋰或三元的。
所以，鋰電池在冬天使用時(shí)間是必然比夏天短的。
順便提一句，鋰電池在冬天最好不要充電呀。由于低溫，負(fù)極上嵌套的鋰離子會(huì)產(chǎn)生離子結(jié)晶，直接刺穿隔膜，一般情況下就造成微短路了影響壽命和性能，嚴(yán)重的嘛，bang！所以有人反映冬天鋰電池充電充不進(jìn)去，部分帶了電池管理系統(tǒng)的是由于產(chǎn)品保護(hù)了，還有的他就是由于質(zhì)量問(wèn)題充不進(jìn)去的。據(jù)稱ATL（國(guó)內(nèi)龍頭，剛拿了蘋(píng)果的份額）的產(chǎn)品也出現(xiàn)過(guò)此類情況。
