作者：Frederik Dostal，現(xiàn)場應用工程師
摘要
本文介紹如何在現(xiàn)有系統(tǒng)中添加nanopower轉(zhuǎn)換器以延長器件的電池壽命，從而將電池運行時間延長多達20%。
采用電池供電的電路必須具備高能效，這樣電池才能長時間持續(xù)供電。為此，應當選擇節(jié)能型元器件并將其整合到系統(tǒng)中。電路中的構(gòu)建模塊越少，整個系統(tǒng)的能效就越高。圖1所示的電水表就是一種電池供電設(shè)備。該系統(tǒng)采用MAX32662微控制器，僅有一個電源電壓。輸入電壓介于1.71 V和3.63 V之間。
圖1.電池供電水表中集成固定電壓穩(wěn)壓器的微控制器
微控制器可以直接由電池供電，電池根據(jù)溫度和充電狀態(tài)提供2 V至3.6 V的電壓。電路中只需要很少的額外元件，因此可實現(xiàn)非常高的整體系統(tǒng)效率。然而，微控制器的電流消耗在很大程度上與實際電源電壓無關(guān)。微控制器的工作電壓是2 V還是3.6 V，對此IC都沒有影響。
對于類似這樣的情況，可以使用新型nanopower開關(guān)穩(wěn)壓器。此類開關(guān)穩(wěn)壓器可以將電池電壓高效轉(zhuǎn)換為較低值，例如2 V。nanopower開關(guān)穩(wěn)壓器在輸出端為微控制器提供所需的電流，但電池側(cè)電壓越高，需要的電流越小。圖2顯示了添加高效nanopower開關(guān)穩(wěn)壓器MAX38650后的水表電路。
圖2.添加nanopower穩(wěn)壓器
添加此IC后，可顯著延長電池壽命。電池壽命可輕松延長20%或更多。由于影響參數(shù)眾多，例如溫度、峰值電流、傳感器周期性關(guān)閉等，確切的節(jié)能效果因情況而異。這里起決定性作用的是添加的DC-DC轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)電流。如果開關(guān)穩(wěn)壓器的能耗太大，預期的節(jié)能收益就會消失。
圖3顯示了一個采用MAX38650 nanopower穩(wěn)壓器的電路。顧名思義，該IC的靜態(tài)電流為納安級。運行期間，開關(guān)穩(wěn)壓器僅消耗390 nA的靜態(tài)電流。當DC-DC轉(zhuǎn)換器可以關(guān)斷時，它只需要5 nA的關(guān)斷電流。這種nanopower電壓轉(zhuǎn)換器非常適合在類似圖1所示的系統(tǒng)中實現(xiàn)節(jié)能。
圖3.nanopower穩(wěn)壓器電路
如圖3所示，電路僅需要少量無源外部元件。僅使用RSEL引腳上的一個電阻來設(shè)置輸出電壓，并未使用電阻分壓器。電阻分壓器會消耗相當多的電流，根據(jù)電壓和電阻的不同，此電流可能大大超過MAX38650的靜態(tài)電流。因此，該IC使用可變電阻，僅在電路接通時短暫檢查此電阻。該IC通過以下方式檢測設(shè)定點輸出電壓值：在接通期間的短時間內(nèi)，使200 µA的電流流過該可變電阻。然后測量所產(chǎn)生的電壓，并將其存儲在IC內(nèi)部。這意味著，在通過常規(guī)分壓器運行期間不會有能量損失。
通過添加電壓轉(zhuǎn)換器，可以提高系統(tǒng)效率并延長電池續(xù)航時間。
關(guān)于ADI公司
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導體公司，致力于在現(xiàn)實世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財年收入超過120億美元，全球員工2.4萬余人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。
關(guān)于作者
Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業(yè)并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現(xiàn)場應用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，積累了豐富的經(jīng)驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開關(guān)模式電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計和應用知識，目前擔任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。 |
