便携式电子中的电池种类及低功耗设计的选择策略

时间:2017-7-6 来源:  佛山市渝海电源有限公司

随着科技的发展,电池供电逐渐应用在绿色产品中,不再仅仅限制于便携式娱乐设备和手持产品的供电。在绿色产品供电中最为常见的便是:电动车与光伏应用。逐渐普及的日常应用中,工程师们如何选择电池的种类及低功耗的设计方案成为了成功开发电源供电产品的关键,而其中电源管理设计是使用户体验是否成功的重要所在。

对于电池供电应用的系统设计来说,设计的安全性、成本、尺寸以及将电池的运行时间最大化并延长其使用寿命是非常重要的。由于驱动便携式应用的电池技术不断增多,工程师们需要选择合适的方法来对可充电电池进行放电和充电。后面我们将讨论现今集成解决方案的电源管理和电池管理电路设计。

主流电池技术分类:

1.不可充电型

举例说明:某种无线光电鼠标解决方案的工作电压范围是1.8V至3.2V。该鼠标使用2节串联配置的碱性电池便可正常工作,无需附加稳压电源。如果需要极其紧凑的鼠标设计,则2节AA/AAA碱性电池可能不适用。在这种情况下,可使用单节AA/AAA碱性电池来减少所占空间,但需要用升压转换器将电压升至1.8V。

不可充电电池在使用一次后即废弃,称为一次性电池。碱性电池是最常见的家用一次性电池。市面上也有碱性可充电电池,但不在本文的讨论范围内。典型碱性电池具有大约1.5V至1.65V的浮动电压,标称电压为1.2V,寿命结束时的电压为大约0.9V。单节碱性电池寿命结束时的电压可低至0.7V-0.8V,具体取决于负载电流。表1展示了一些常见的碱性电池配置。某些应用可采用多种配置,具体取决于产品外形、系统要求、可用解决方案和功耗预算。


2.可充电型

本文将以锂离子电池(Li-Ion)、锂聚合物电池(Li-Poly)和镍氢电池(NiMH)为例进行说明。由于可充电电池被认为是二次电池,每次使用后都可将电量尽可能恢复到原始状态,直至电池寿命结束。镍氢电池是很好的碱性电池替代品,因为其外形和工作电压范围与碱性电池类似。传统镍氢电池的一个缺点是自放电率高(每月约20%,如表2所示),但有一家领先的电池制造商已克服了这一难关,其推出的镍氢电池系列在生产12个月后仍可保持至少85%的电容量。恢复镍氢电池的电量有简单且低成本的解决方案,但采用双重截止充电方法(通过充电电流和工作环境来指定)的嵌入式充电器将获得最优性能。双重截止充电方法结合了温度随时间升高和电压随时间降低(或不变)的特性。

我们都知道,锂离子电池目前被认为是成熟的电池技术,已广泛应用于移动电话和汽车等领域。在设计多节电池系统时,单节标称电压为3.6V的电池具有巨大优势,可减少2/3的电池节数。

锂离子电池在质量和体积上的高能量密度使其适用于多种便携式应用,例如个人媒体播放器或无线蓝牙(Bluetooth)耳机。但是,需要提供保护电路,以将锂离子电池可能导