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高效電池電源
高效電池電源
電池為需要移動(dòng)或位于無(wú)法連接主電源或其他電源的地方的電氣設備提供了強大的電源。由于電池制造商的遠見(jiàn)卓識，世界各地都有標準尺寸和電壓的電池可供選擇，以適應任何應用和預算。電池供電的最大問(wèn)題是用戶(hù)期望設備在需要充電或更換電池的情況下運行很長(cháng)時(shí)間。這種需求使設計人員有責任提高效率并降低功率需求以滿(mǎn)足這一需求。
電壓要求
產(chǎn)生固定電源電壓的最簡(jiǎn)單方法是串聯(lián)適當數量的電池，直到它們的總和產(chǎn)生所需的值。這種方法是標準一次性 1.5V 電池的首選方法，沒(méi)有尺寸限制。然后出現了標準 1.2V 的可充電電池，以及用戶(hù)對更小、更輕、更便攜設備的需求。解決方案是使用升壓轉換器從少量一次性或可充電電池中獲取能量并產(chǎn)生所需的電源輸出。
升壓轉換器
升壓轉換器是一種開(kāi)關(guān)模式電源，可將輸入電壓升壓至所需的輸出電壓。它通過(guò)使用電容或電感形式的能量存儲來(lái)實(shí)現這一點(diǎn)，該能量存儲以足夠的頻率切換以產(chǎn)生所需的輸出。轉換過(guò)程效率將由 LC 電路中的損耗和開(kāi)關(guān)電路的功率要求決定。對于設計人員來(lái)說(shuō)，好消息是有大量現成的升壓轉換器可供選擇。它們也被稱(chēng)為升壓開(kāi)關(guān)穩壓器和升壓開(kāi)關(guān)轉換器。
高效穩壓器
開(kāi)關(guān)穩壓器比線(xiàn)性穩壓器實(shí)現更高的效率，因為前者使用能量存儲來(lái)執行 DC 到 DC 的轉換。相比之下，后者使用電阻損耗進(jìn)行轉換，從而產(chǎn)生熱量。升壓開(kāi)關(guān)穩壓器通常使用脈寬調制來(lái)控制其輸出，以將開(kāi)關(guān)操作的占空比作為閉環(huán)功能進(jìn)行調節。該電路中的主要損耗是由提供控制電路反饋元件的二極管引起的。使用MOSFET技術(shù)來(lái)實(shí)現二極管功能可以獲得效率的提高。額外的效率節省可以來(lái)自實(shí)施更復雜的開(kāi)關(guān)控制以跳過(guò)在低負載期間不需要開(kāi)關(guān)的周期。
隔離式電源的效率通常低于等效的非隔離式電源，因為它們需要更多的組件數量并且包括隔離變壓器造成的損耗。
低負載效率
設計人員工具包中用于延長(cháng)電池壽命的另一個(gè)工具是設備的低負載效率。低負載是設備處于待機、睡眠或空閑、等待輸入或刺激運行的操作模式。這些狀態(tài)通常代表電池供電設備的大部分工作壽命，因此效率節省會(huì )顯著(zhù)影響整體功耗。
理想情況下，電源應設計為在無(wú)負載時(shí)關(guān)閉。在電源具有輸出 LC 濾波器級的情況下，這種方法是必不可少的，這在開(kāi)關(guān)模式設計中很常見(jiàn)。在空載狀態(tài)下，輸出電壓將上升到峰值電壓，這充其量是低效的，最壞的情況是會(huì )導致受影響組件的損壞或工作壽命縮短。穩壓器也可能受到不穩定反饋條件的影響，其中電路中的噪聲成為主要電壓。
低負載條件的設計選項包括從脈寬調制切換到脈沖頻率調制，其中效率隨著(zhù)負載電流的降低而提高。
混合開(kāi)關(guān)模式
開(kāi)關(guān)穩壓器的一個(gè)缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)功能產(chǎn)生的輸出上存在紋波。輸出濾波和仔細的 PCB 布局設計可以降低這種噪聲。盡管如此，如果電池供電設備包含需要無(wú)噪聲電源的敏感電路，則需要探索其他選項。線(xiàn)性穩壓器不會(huì )遇到此問(wèn)題，但它們僅適用于電池輸出電壓略高于所需設備電路電源軌的情況。它們不能提高電壓，CD-CD 轉換中任何顯著(zhù)的電壓差都是低效的。
混合開(kāi)關(guān)穩壓器現在可用于將開(kāi)關(guān)穩壓器的元件與線(xiàn)性穩壓器的元件相結合，以創(chuàng )建低噪聲電源。線(xiàn)性穩壓器有效地充當輸出濾波級。這種解決方案的缺點(diǎn)是增加了設備的復雜性，這會(huì )轉化為更高的成本和降低的效率。然而，對于需要少量電池且基于開(kāi)關(guān)模式的穩壓器噪音太大的電池供電設備，這提供了一種實(shí)用的解決方案。
使用線(xiàn)性穩壓器來(lái)清理開(kāi)關(guān)穩壓器輸出的局限性在于，其性能會(huì )隨著(zhù)噪聲頻率的增加而降低，因此在決定開(kāi)關(guān)頻率時(shí)會(huì )增加另一個(gè)權衡因素以及物理尺寸和效率因素。