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用“没电”电池给电路供电

钜大LARGE  |  点击量:75次  |  2020年04月02日  

摘要
通常情况下,大多数1.5V的5号电池在电压下降到0.9V至1.3V时,就被认为无用了。换句话说,那些被扔掉的电池其实并没有真正报废。仔细选择元器件和电路设计可以使极低功耗设计达到一个新的高度。

通常情况下,大多数1.5V的5号电池在电压下降到0.9V至1.3V时,就被认为无用了。换句话说,那些被扔掉的电池其实并没有真正报废。仔细选择元器件和电路设计可以使极低功耗设计达到一个新的高度。


电池通过其阳极、阴极和电解质材料之间的化学反应产生电能。值得注意的是,在电池术语中,正极端是阴极,负极端是阳极。


当你操作电路时,电路所需的电流根据执行的任务而异。因此,所需的典型电流小于最大电流。理论上,电池的电压不应依赖于它供应的电流大小,但这只是近似情况。事实上,所有电池都具有负的V-I曲线,假如电池供给的电流新增,其电压就下降。这种效果就像电池有一个等效串联电阻(ESR)相同,它称为阻抗。通常其影响很小,但相机中的临界电压传感器(deadvoltagesensor)可能非常敏感,所以小影响可能产生大不同。


显然,所有求生技能族对远离电网、节约能源或自己生成能源都很感兴趣。但我们看看,当你要照亮露营地,而你只拥有几节没电的电池时,该怎么办?你知道吗,大多数1.5V的AA电池,当电压下降到1.3V到0.9V之间时,通常就被认为没电了。


一切都取决于你的设备采用什么样的电路,你可以假设在电池电压用掉约20%后,就被当作没电了。这意味着几乎100%被丢弃电池的电量都没有彻底耗尽。当然,假如这些电池不能在你想要的设备中使用,就没多大意义了。仔细选择组件和电路设计可让你达到极低功耗设计的新水平。微控制器是许多嵌入式设计的核心,它通常都在运行程序,使设备按预期功能工作。不容忽视的是,微控制器制造商新增了许多有助于降低功耗的功能。


在电池供电的系统中,时间是关键参数。不同于交流供电系统,其电源电压在给定范围内变化、额定电流的可用性在持续时间内无限制,电池只能在再充电或更换之前的有限时间内供电。此外,在电池放电时,电流消耗越大,电池的压降越大(图1)。


图1:电池放电是电流放电速率的函数。


设计高效电池供电系统的关键是:


(a)通过使电路吸收的电流(特别是持续的静态电流)最小,来最大限度地延长电池寿命;


(b)必要时,通过在电池和负载之间使用某种形式的调节电路,在放电期间使供应给负载的电压保持恒定。


例如,用100mA-小时容量的AA型电池给耗电1mA的电路供电,可在再充电或更换电池前运行约100小时。假如静态电流降低到100A,理想情况下,电池寿命将延长到约1000小时。假如使用电池给静态电流低至1A的电路供电,则电池寿命将新增到10~11年。这就是为何要使用静态电流尽可能小的运放和直流-直流转换器的原因。例如,德州仪器(TI)和凌力尔特(LinearTechnology)等公司就有这种静态电流为400nA~2000nA的新器件。


在设计电池供电系统之前,了解系统使用环境、要求和运行条件非常重要。这使设计师可以确定应使用哪种类型的电池(例如,一次性或可充电),以及电池要更换或充电的频率。


延长电池可工作时长的三种方法是:


(1)假如要持续工作,最小化静态电流;


(2)脉动方式启/闭负载,使电池工作在较低占空比;


(3)不工作时关闭电路。

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