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TI升降壓轉換器 助智慧電錶延長流量計電池壽命
 

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 報導】   2020年09月10日 星期四

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水錶和瓦斯錶乃利用鋰錳電池(LiMnO2)和鋰亞電池(LiSOCl2)作為能源。鋰亞電池常用於智慧電錶,因為相較於鋰錳電池,它能提供更高的能源密度和每瓦發電成本效率。不過鋰亞電池的脈衝反應較弱,瞬態電流負載期間可能導致電壓大幅下降。

TPS63900解決方案的面積
TPS63900解決方案的面積

利用混合層電容器(HLC)或雙電層電容器(electric double-layer capacitors)之類的緩衝元件結合鋰亞電池,就能改善脈衝負載功能,但結合多層電容器和鋰亞電池若要可靠,代價高昂可能影響電錶的整體成本。由於電池也會影響電錶的維修需求和壽命,結合升降壓轉換器和鋰亞電池的替代作法將有助於降低解決方案整體成本,同時延長電錶壽命。

德州儀器首席應用工程師、科技會委員Eric Djakam提出延長流量計電池壽命的5種最佳作法,結合升降壓轉換器和鋰亞電池讓電池壽命極大化,同時降低整體的維修與成本需求。但首先我們要檢視幾個在設計方面常見的問題。

Eric Djakam指出,智慧電錶系統通常包含5個關鍵元素,包括計量前端、通訊前端、微控制器(MCU)、電源管理IC和防護前端。除了這些必備條件,水錶通常外型尺寸較小,且必須能在維修需求極低的條件下於現場運轉超過15年。

因此,他表示,為協助延長電池壽命並提高智慧電錶設計的效能,可考慮下列5種最佳作法。

作法1:限制來自電池的尖峰電流

由於鋰亞電池通常並不支援智慧電錶中無線電通訊系統所必備的高動態範圍設定。克服這個問題的方法之一,就是使用TPS63900升降壓轉換器搭配一個緩衝元件來過濾電池電流。

作法2:讓輸出和輸入電壓位準各自獨立

採取獨立電壓位準可優化來自電池的輸入電流曲線,和提供負載的輸出電流。這種作法還能簡化輸入和輸出之間緩衝元件的使用。

作法3:使用低運作電流且待機電流低於500nA的轉換器

為優化系統的電源使用,相較於系統的電流消耗,轉換器的平均電流消耗量必須在可以忽略的範圍內。舉例來說,若流量計的平均電流消耗約為5μA,轉換器的待機電流就要低於500 nA。

作法4:保持供電系統電壓越低越好

把系統視為一個由轉換器供電的電阻的話,供電電壓維持低檔,就能減少系統消耗的待機電流。

作法5:以動態電壓調整來優化每個運轉模式的電壓負載

TPS63900的動態電壓調整功能讓轉換器可以迅速改變輸出電壓,進而在最佳作業點為負載供電。

在這些條件下測量的負載瞬態,可得到158μA、999ms到97.4mA,以及1ms,Vi=3.6V,Vo =3.0V且Co=300μF的結果。Eric Djakam解釋,TPS63900把超低待機電流消耗、優異的瞬態反應、輸出雜訊位準和動態電壓調整功能,整合到一個封裝尺寸2.5mmx2.5mm或21mm2的完全解決方案,它能幫助解決使用鋰亞電池時所遭遇的各種挑戰,不像過去長期以來只能屈就複雜且成本昂貴的傳統作法。

關鍵字: TI(德州儀器, 德儀
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