延長(cháng)電池續航新玩法―高壓電池組

我們都經(jīng)歷過(guò)這樣的情形，當需要使用一個(gè)電子設備時(shí)，發(fā)現設備的電池已經(jīng)沒(méi)電了。在很多年間，我們的便攜式電子設備受到了電池壽命和尺寸的限制。隨著(zhù)鋰離子電池成本的持續走低，以及電荷密度的不斷增加，運行時(shí)間更長(cháng)，更加令人興奮的電子設備將大量涌現。由于應用開(kāi)始向著(zhù)使用多節電池組的方向發(fā)展，設計人員將在克服電池電壓瞬態(tài)效應和變化的同時(shí)，面臨著(zhù)將較高電壓轉換為緊湊電子電路可用電壓的問(wèn)題。

這些示例包括無(wú)人機、吸塵器機器人、電動(dòng)工具、以及電動(dòng)自行車(chē)等。開(kāi)發(fā)人員傾向于使用電壓更高電池組來(lái)增加充電之間的電池續航能力。目前，無(wú)人機的飛行時(shí)間被限制在大約25分鐘，而電動(dòng)自行車(chē)單次充電后的最大行駛里程可以達到50英里。電池使用壽命將隨著(zhù)更小巧、更高電壓電池的使用而增加。

所有這些應用的一個(gè)共性就是電機，它會(huì )對電源電壓產(chǎn)生有害的瞬態(tài)效應，諸如電機反沖和可以高達輸入電壓兩倍的電感尖峰脈沖。如果未相應地設定輸入電壓額定值，那么這些較高的電壓會(huì )損壞系統電源解決方案，以及其它內部電路。如果電機突然停止或減速，一個(gè)負電流會(huì )被泵入電源，從而導致電源電壓增加。在下面的圖中，通道1顯示的是電源電流、通道2顯示的是電源電壓，而通道3顯示的為電機速度。

當電機減速時(shí)，電源電壓大幅下降。如果電池的DC/DC轉換器未被額定在較高的電壓下運行，這將損壞系統電源解決方案，并有可能對下游元件造成損壞。

在設計一個(gè)系統時(shí)，選擇一個(gè)支持寬輸入電壓范圍的DC/DC轉換器可以最大限度地減少，通常情況下是免除了對于外部瞬態(tài)保護電路的需要。這不但簡(jiǎn)化了設計，而且極大地減小了解決方案尺寸。使用DC/DC轉換器，能使運行電壓較高的系統可以耐受電源電壓的增加，并保持輸出上的電壓穩壓。TI的 LM5000系列器件具有針對高達42V/65V電壓的輸入電壓額定值，非常適合于處理12V/24V系統內的瞬態(tài)。例如，LM5007和LM25011 非常適合于保護系統不受電源電壓短時(shí)增加的影響，而這種情況在這些系統中經(jīng)常發(fā)生。對于電壓更高的24V/48V輸入總線(xiàn)，諸如LM5116的100V同步降壓控制器能夠處理這些系統中最差的瞬態(tài)情況。具有寬輸入電壓范圍的控制器和轉換器為高壓電池組應用提供了非常不錯的解決方案，并且保護系統不受瞬態(tài)效應的影響，以使器件能夠在這些條件下保持運行。

圖2中顯示的是一個(gè)電池組電源設計的簡(jiǎn)化方框圖。

在你打算創(chuàng )建最新的、最棒的便攜式或自主電子設備時(shí)，考慮會(huì )出現的最差系統瞬態(tài)效應，并選擇一個(gè)能夠保護下游電路的寬VIN DC/DC器件。