IC簡化備用電源的能量收集設(shè)計(jì)

在環(huán)境能源電力需求或偶爾的波動(dòng)周期峰值可以離開餓死權(quán)力毫無預(yù)兆能源采集電路。單節(jié)鋰離子電池可提供電源的方便水庫，但需要小心控制充電和放電周期。為了實(shí)現(xiàn)能量采集設(shè)計(jì)備用電源，工程師可以通過多種電源管理IC(PMIC)和能量采集裝置的供應(yīng)商，包括ADI公司，凌力爾特，美信集成和德州儀器等等找到現(xiàn)成的解決方案。

單節(jié)鋰離子電池可提供生存環(huán)境，能源或周期性增長的電力需求的偶爾的損失需要有足夠的能量儲存平順的動(dòng)力波動(dòng)。與此同時(shí)，管理不當(dāng)，這些細(xì)胞可導(dǎo)致內(nèi)部失衡，最終將降低能量存儲容量，甚至不可逆地?fù)p害細(xì)胞本身。

充電/放電循環(huán)

可充電鋰離子電池依靠在陽極和陰極之間的鋰離子的過程中放電和充電循環(huán)(圖1)的遷移。如果電池放電低于其推薦的最小電壓，鋰能板塊的陰極，甚至導(dǎo)致內(nèi)部短路。如果一個(gè)小區(qū)變得過充電，鋰可類似地沉淀在陽極和創(chuàng)建的內(nèi)部短路，如果過充電繼續(xù)。

鋰離子電池放電(左)和電池充電的圖像(右)

圖1：如果鋰離子電池放電(左)低于最低電壓，鋰可以收集在陰極和創(chuàng)建的內(nèi)部短路;如果小區(qū)電荷(右)超過最大電壓，在陽極上鋰集合可以類似導(dǎo)致短路。 (索尼提供)

為保證正常的運(yùn)行，最大容量和擴(kuò)展的壽命，電池制造商提供了嚴(yán)格的規(guī)范對安全的充電和放電他們的產(chǎn)品的過程。的最大速率充電和放電電流被定義相對于電池容量，表示為C單元。因此，例如，經(jīng)受其1℃放電速率的電池將名義上從滿充電走在一小時(shí)內(nèi)排空。

該過程對于充電鋰離子電池如下的特性信息，第一使用1℃的恒定電流，使一個(gè)細(xì)胞到其目標(biāo)電壓，然后施加一個(gè)恒定電壓源，直到電池達(dá)到其最大充電狀態(tài)。恒定電流和恒定電壓模式之間的切換通常必須嚴(yán)格的公差范圍內(nèi)保持。對于嚴(yán)重枯竭細(xì)胞中，這種特性充電過程之前通常與使用的較低的電流，例如0.1℃使細(xì)胞正常的最小值。

而商業(yè)的多節(jié)鋰離子電池組的集成保護(hù)電路出售，單節(jié)鋰離子電池，如FDK ML621，精工電子MS412FE，還是松下ML1220要求設(shè)計(jì)者建立適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)機(jī)制。隨著專用的鋰離子充電管理IC，適用能源采集芯片的可用性，工程師有機(jī)會(huì)獲得廣泛的能解決鋰離子電池要求的設(shè)備。

鋰離子電池管理IC

鋰離子電池管理IC的設(shè)計(jì)，用于監(jiān)視電池的電壓，并且結(jié)束充電，如果電池電壓超過一個(gè)預(yù)置值。在放電過程中，這些裝置被設(shè)計(jì)成從負(fù)載隔離的小區(qū)時(shí)電池電壓低于預(yù)先設(shè)定的值。

目的是提供一個(gè)集成的解決方案，以鋰離子電池的管理，如凌特LTC4071和德州儀器BQ24210設(shè)備通?？梢院苋菀淄哆M(jìn)的設(shè)計(jì)，需要一些額外的組件，以支持鋰離子電池的需求。例如，所述的凌力爾特LTC4071只需要一個(gè)外部電阻以提供完整的鋰離子電池充電的溶液(圖2)。

凌力爾特LTC4071圖片

圖2：鋰離子電池管理芯片，如凌力爾特LTC4071電池充電器IC提供用于保護(hù)鋰離子電池的過充電和過放電一個(gè)簡單的解決方案。 (凌力爾特公司提供)

線性設(shè)計(jì)LTC4071以鋰離子電池的那種低電流或經(jīng)常與周圍的能量收集相關(guān)的間歇性充電源充電。該器件提供了一個(gè)低電池?cái)嚅_功能，消耗小于0.1 nA的，同時(shí)也保護(hù)了鋰離子電池的潛在的破壞性過放電。同樣，TI BQ24210只需要幾個(gè)外部電阻，同時(shí)提供一套廣泛的電池管理功能，包括電池檢測，預(yù)充的大量耗盡的電池，快速充電，充電終止，電池溫度監(jiān)測等。

組合功能

除了專用的鋰離子電池管理器件，如線性LTC4071和TI BQ24210，工程師們可以找到專門的芯片，結(jié)合能量收集功能與鋰離子電池管理功能。例如，美信集成MAX17710被設(shè)計(jì)從各種低功率源，同時(shí)保持所需的細(xì)胞的充放電電壓，以獲取能量。片內(nèi)升壓轉(zhuǎn)換器可以充電的來源低至750 mV的鋰離子電池，而一個(gè)單獨(dú)的輸出調(diào)節(jié)器包括內(nèi)部電壓保護(hù)功能，阻止細(xì)胞過度放電。

德克薩斯儀器BQ25570還采用了內(nèi)置式增壓器，同時(shí)從微瓦級的周圍的來源收獲能源的外部鋰離子電池充電。其片上的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制器有助于優(yōu)化能源資源的輸出功率，同時(shí)其電池管理功能，防止過充鋰離子電池和過放電。在操作過程中，該裝置斷開與負(fù)載的小區(qū)時(shí)細(xì)胞輸出低于1.95五預(yù)設(shè)欠壓閾值如果單元充電電壓達(dá)到與外部電阻編程的過電壓閾值，則設(shè)備禁止片上升壓充電器。此外，該裝置提供一個(gè)可編程的“電源良好”信號，經(jīng)營獨(dú)立的欠壓和過壓閾值特征的信號的應(yīng)用時(shí)，該設(shè)備的輸出電壓工作在可接受的水平。

設(shè)備，如凌特LTC3331和ADI公司ADP5090結(jié)合能量收集功能與特點(diǎn)專門設(shè)計(jì)，支持電源備份需求。例如，線性LTC3331集成了一個(gè)單獨(dú)的電源路徑，使操作從備份鋰離子電池時(shí)從環(huán)境來源能量低于所要求的水平的完整能量采集電源。在操作過程中，當(dāng)足夠的采集的能量可用，則設(shè)備禁止降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器供電的電池，降低細(xì)胞功耗220 nA的。此外，該器件采用過量采集的能量進(jìn)行充電，其集成的電流并聯(lián)電池充電器鋰離子電池。當(dāng)所采集的能量低于最小值，該裝置將其輸出切換到小區(qū)驅(qū)動(dòng)降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器，以允許從鋰離子電池的負(fù)荷繼續(xù)運(yùn)作。該LTC3331包括一個(gè)低電池?cái)嚅_功能，旨在防止過度放電通過斷開電池以一個(gè)可編程的閾值電壓。

ADI公司的ADP5090是一種能量收集IC集成了升壓調(diào)節(jié)器，片上MPPT功能，以及備份電源管理。事實(shí)上，隨著從收獲的能量源的功率，該ADP5090可以將電力提供給從備用電源使用一次電池的負(fù)載，如熟悉CR2032或使用可再充電電池，如那些上述(圖3)中提到。

ADI公司ADP5090圖片

圖3：雖然一些能量采集IC包括鋰離子電池的管理，ADI公司的ADP5090提供了與這兩個(gè)可充電電池(BAT引腳)和原電池(BACK_UP引腳)支持電源備份一個(gè)附加選項(xiàng)，如CR2032 。 (ADI公司提供)

該ADP5090的集成功率路徑管理控制裝置自動(dòng)切換從能量采集，一次電池，或根據(jù)需要可再充電電池的電源。當(dāng)足夠的采集的能量可用，則ADP5090使用該供電負(fù)載和充電二次電池。而二次電池的充電用其升壓調(diào)節(jié)器，ADP5090監(jiān)視電池電壓，當(dāng)電壓達(dá)到可編程充電終止電壓時(shí)，設(shè)備終止通過禁用升壓調(diào)節(jié)器充電。如果所采集的能量低于要求的水平，該裝置禁用升壓轉(zhuǎn)換器和輔助小區(qū)連接到負(fù)載。如果電池電壓低于可編程放電保護(hù)閾值電平，該設(shè)備斷開電池。如果這兩個(gè)單元的電壓和收獲的能量輸出下降低于所需的水平，該ADP5090可以驅(qū)動(dòng)從備份主電池的負(fù)荷。

結(jié)論

鋰離子電池提供用于在在常溫能源波動(dòng)滿足峰值功率需求或確保操作方便的解決方案。盡管如此，這些細(xì)胞需要小心控制用單元電壓和電流，以避免造成不可挽回的損失。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，工程師們可以設(shè)計(jì)與集成的能量收集功能，這些功能專用的鋰離子電池管理功能或?qū)ｉTIC芯片的優(yōu)勢。利用這些設(shè)備，工程師可以增強(qiáng)他們的設(shè)計(jì)與鋰離子電池備用電源用最少的附加組件。