便攜式電子電池種類(lèi)及低功耗設計的選擇策略

隨著(zhù)科技的發(fā)展，電池供電逐漸應用在綠色產(chǎn)品中，不再僅僅限制于便攜式娛樂(lè )設備和手持產(chǎn)品的供電。在綠色產(chǎn)品供電中最為常見(jiàn)的便是：電動(dòng)車(chē)與光伏應用。逐漸普及的日常應用中，工程師們如何選擇電池的種類(lèi)及低功耗的設計方案成為了成功開(kāi)發(fā)電源供電產(chǎn)品的關(guān)鍵，而其中電源管理設計是使用戶(hù)體驗是否成功的重要所在。

對于電池供電應用的系統設計來(lái)說(shuō)，設計的安全性、成本、尺寸以及將電池的運行時(shí)間最大化并延長(cháng)其使用壽命是非常重要的。由于驅動(dòng)便攜式應用的電池技術(shù)不斷增多，工程師們需要選擇合適的方法來(lái)對可充電電池進(jìn)行放電和充電。后面我們將討論現今集成解決方案的電源管理和電池管理電路設計。

主流電池技術(shù)分類(lèi)：

1.不可充電型

舉例說(shuō)明：某種無(wú)線(xiàn)光電鼠標解決方案的工作電壓范圍是1.8V至3.2V。該鼠標使用2節串聯(lián)配置的堿性電池便可正常工作，無(wú)需附加穩壓電源。如果需要極其緊湊的鼠標設計，則2節AA/AAA堿性電池可能不適用。在這種情況下，可使用單節AA/AAA堿性電池來(lái)減少所占空間，但需要用升壓轉換器將電壓升至 1.8V。

不可充電電池在使用一次后即廢棄，稱(chēng)為一次性電池。堿性電池是最常見(jiàn)的家用一次性電池。市面上也有堿性可充電電池，但不在本文的討論范圍內。典型堿性電池具有大約1.5V至1.65V的浮動(dòng)電壓，標稱(chēng)電壓為1.2V，壽命結束時(shí)的電壓為大約0.9V。單節堿性電池壽命結束時(shí)的電壓可低至0.7V- 0.8V，具體取決于負載電流。表1展示了一些常見(jiàn)的堿性電池配置。某些應用可采用多種配置，具體取決于產(chǎn)品外形、系統要求、可用解決方案和功耗預算。

2.可充電型

本文將以鋰離子電池(Li-Ion)、鋰聚合物電池(Li-Poly)和鎳氫電池(NiMH)為例進(jìn)行說(shuō)明。由于可充電電池被認為是二次電池，每次使用后都可將電量盡可能恢復到原始狀態(tài)，直至電池壽命結束。鎳氫電池是很好的堿性電池替代品，因為其外形和工作電壓范圍與堿性電池類(lèi)似。傳統鎳氫電池的一個(gè)缺點(diǎn)是自放電率高，但有一家領(lǐng)先的電池制造商已克服了這一難關(guān)，其推出的鎳氫電池系列在生產(chǎn)12個(gè)月后仍可保持至少85%的電容量?；謴玩嚉潆姵氐碾娏坑泻?jiǎn)單且低成本的解決方案，但采用雙重截止充電方法(通過(guò)充電電流和工作環(huán)境來(lái)指定)的嵌入式充電器將獲得最優(yōu)性能。雙重截止充電方法結合了溫度隨時(shí)間升高和電壓隨時(shí)間降低(或不變)的特性。

我們都知道，鋰離子電池目前被認為是成熟的電池技術(shù)，已廣泛應用于移動(dòng)電話(huà)和汽車(chē)等領(lǐng)域。在設計多節電池系統時(shí)，單節標稱(chēng)電壓為3.6V的電池具有巨大優(yōu)勢，可減少2/3的電池節數。

鋰離子電池在質(zhì)量和體積上的高能量密度使其適用于多種便攜式應用，例如個(gè)人媒體播放器或無(wú)線(xiàn)藍牙(Bluetooth)耳機。但是，需要提供保護電路，以將鋰離子電池可能導致的危險(例如過(guò)充或過(guò)熱)降至最低限度。鋰離子電池的使用壽命相對較長(cháng)(可充電500-1,000次)，如果每天都對電池充電，在1 至2年后才需要更換。設計合理的鋰離子電池電源管理系統將延長(cháng)電池使用壽命，并提高整個(gè)系統的可靠性。