如何最大程度地提高功率和下降整个体系的功耗来延长电池使用寿命？
来源：宝鄂实业
2019-07-16 22:02
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为便携式电子设备开发电源电路要求规划工程师经过最大程度地提高功率和下降整个体系的功耗来延长电池使用寿命，这推动器材本身的尺寸变得更小，然后有益于在规划终端产品时取得更高灵活性。这种规划的最重要元器材之一是电源办理IC或DC/DC转换器。
高效DC/DC转换器是一切便携式规划的根底。许多便携式电子使用被规划成选用单节AA或AAA电池作业，这给电源规划工程师提出了挑战。从850mV～1.5V的输入电压发生一个稳定的3.3V体系输出，要求同步升压DC/DC转换器可以在固定开关频率下作业，同时附带片上补偿电路，而且需要微型低高度电感和陶瓷电容，最好选用微型IC封装以减少它在设备规划中的总占位面积。
一个由薄型SOT IC封装和少量外部元器材组成的经过验证的电路规划，完成了一个仅占7×9mm2板面积的功率为90%的单电池到3.3V/150mA转换器。当在单电池输入（1.5V）下作业时，25mA～80mA之间的负载电流可能完成90%以上的功率。一个外部低电流肖特基二极管（虽然并不是必需的）将在较高输出电流下最大程度地提高功率。
这个电路规划集成了带额定电阻值为0.35Ω（N）且典型电阻值为0.45Ω（P）的低栅电极电压内部开关的高效DC/DC转换器。在整个作业温度范围内，开关电流约束一般为850mA，然后在新的碱性AA单节电池输入和两节电池输入时可分别完成0.66W和2.5W的输出功率。
电流形式控制供给超卓的输入线路和输出负载瞬态呼应。斜坡补偿（这是当占空比超越50%时用来防止分频谐波不稳定性所必需的）可以整合到转换器中，与电路一起坚持恒流约束阈值，而不管输入电压是多少。
主要特性
先进电源办理IC规划的两个特性会影响其作业功率：内部反应机制的集成和可在作业期间节约能量的节电形式的加入。增加的内部反应回路补偿不再需要外部元器材了，然后下降了总成本，简化了规划进程。经过仅在需要时激活电源转换器以将输出电压调制坚持在1%以内，节电作业形式提高了轻负载（ILOAD < 3mA，典型值）时的转换器功率。一旦输出电压在进行调制，转换器会切换至睡眠状态，然后减少栅电荷丢失和静态电流。不带节电形式的类似IC将被强制在整个作业范围内坚持稳定的PWM，然后增加了静态电流。虽然在一些频率灵敏的使用中恒频PWM可能会受欢迎，但它会下降总体系功率。
关断电流低于1mA，而且这个引脚上的磁滞允许对VIN进行简略的阻性上拉然后连续作业。还要留意，在关断进程中，VOUT坚持低于VIN的未经过调制的600mV。当存储器或实时时钟有必要在断电期间坚持激活时，这个特性特别有用。可以经过更改分压器的电阻值轻松设定输出电压。
为了从电池电源取得最高成效，DC/DC转换器有必要可以在1V以下的输入电压下作业，并供给范围在2.5V～5V之间的可调整输出电压。抱负情况下，这种器材还将可以在低至0.65V的输入电压下持续作业，唯一的局限性在于输入电源供给足够功率的才能。
这个特性将消除对大的输入旁路电容的需要，然后节约了板空间、下降了成本。在低至0.65V的输入电压下作业的才能，是从电量接近耗尽的电池中取得更长使用寿命的重要特性。
以两个由单节电池供电的便携式设备为例，其电池使用寿命的比较表明，在抱负测验条件下，电源办理IC在低压形式下作业的才能使其可比传统DC/DC转换器多供给六个多小时的电池使用寿命。作业寿命延长40%为终端产品供给了明显的优势。
EMI抑制办法
当升压转换器在非连续形式下作业时（即功率传动周期开始之前，电感电流降至零时），可能存在EMI问题。为了帮助下降电势参考点，在电感电流为零且器材处于关断状态时，可将一个100Ω的内部阻尼电路跨接在电感上。
EMI和总功能质量也会受PCB布局的影响。高速作业的低压输入器材需要分外留意线路板布局，特别是处于触及N沟道和P沟道开关切换的作业周期期间的高电流通路。SW引脚、VIN引脚CIN、COUT和地之间的电流通路应短而宽，以形成最低的固有电阻损耗和最低的漏电感18650型锂电池的优点
安全性高
18650锂电池安全性能高，不爆炸，不燃烧；无毒，无污染，经过RoHS商标认证；各种安全性能一气呵成，循环次数大于500次；耐高温性能好，65度条件下放电效率达100%。为防止电池短路现象，18650锂电池的正负极是分开的。所以它发生短路现象的可能已经降到了极致。可以加装保护板，避免电池过充过放，这样还能延长了电池的使用寿命。
使用寿命很长
18650锂电池的使用寿命很长，正常使用时循环寿命可达500次以上，是普通电池的两倍以上。
容量大
18650锂电池的容量一般为1200mah~3600mah之间，而一般电池容量只有800左右，如果组合起18650锂电池来成18650锂电池组，那18650锂电池组是随随便便都可以突破5000mah的。
内阻小
聚合物电芯的内阻较一般液态电芯小，国产聚合物电芯的内阻甚至可以做到35mΩ以下，极大的减低了电池的自耗电，延长手机的待机时间，完全可以达到与国际接轨的水平。这种支持大放电电流的聚合物锂电更是遥控模型的理想选择，成为最有希望替代镍氢电池的产品。
经过30年的发展，18650电池制备工艺已经非常成熟，除了性能有了极大提升之外，其安全性也非常完善。为了避免密封的金属外壳发生爆炸，现在18650电池都会在顶部配有一个安全阀，安全阀是每一颗18650电池的标配，也是最重要的一道防爆屏障。当电池内部压力过大时，其顶部安全阀会开启排气减压，避免爆炸。但是，当安全阀开启之后，电池内部泄露出的化学物质在高温的条件下会与空气中的氧气发生化学反应，仍然有可能出现起火的情况。另外，现在部分18650电池还自带保护板，具有过充过放和短路保护等功能，安全性能十分高。
目前业内尚未有明确的理论支撑其各温度性能下的内阻、放电平台、寿命、容量等必然联系，相关的计算公式和数学模型还在摸索阶段。大体上，锂电池对0-40℃这个区间的温度并不敏感，然而一旦温度超过这个区间，寿命和容量就会打折扣。
具体的非要定量现在还没有办法，因为锂电池活性太高，一致性也是最大的问题，即使同一批次、同种材料、同种工艺的产品，性能也会有很大区别。
做过很多实验，不同材料锂电池的低温性能也有区别，现在最热火的磷酸铁锂是低温性能最差的，我们的产品在-10℃时放出容量为最大容量的89%，应该在业内已经是比较高的；在55℃下放出容量可达到95%，相对低温的衰减还是比较少的。这还是送检产品，大家懂的，质量相对流水线正常产品要高很多。
相对来说，锰酸锂、钴酸锂和三元产品的低温性能要好一些，但是也有限；而牺牲的是高温性能。现在业内吹磷酸铁锂安全性能高，高温性能好，其实是电池活性没有上述三种高，相对安全一些。整体性能还是不如锰锂或三元的。
所以，锂电池在冬天使用时间是必然比夏天短的。
顺便提一句，锂电池在冬天最好不要充电呀。由于低温，负极上嵌套的锂离子会产生离子结晶，直接刺穿隔膜，一般情况下就造成微短路了影响寿命和性能，严重的嘛，bang！所以有人反映冬天锂电池充电充不进去，部分带了电池管理系统的是由于产品保护了，还有的他就是由于质量问题充不进去的。据称ATL（国内龙头，刚拿了苹果的份额）的产品也出现过此类情况。
