可充電電池應(yīng)用

不可充電電池應(yīng)用適用于僅偶爾使用電源的應(yīng)用，即設(shè)備在返回深度睡眠模式之前偶爾通電，在該模式下，設(shè)備消耗的電量少。使用它作為電源的主要優(yōu)點(diǎn)是它提供了高能量密度和更簡單的設(shè)計(jì)，因?yàn)槟恍枰菁{電池充電/管理電路，并且成本更低，因?yàn)殡姵馗阋瞬⑶倚枰俚碾娮釉O(shè)備。它們非常適合低成本、低功耗應(yīng)用。然而，由于電池的使用壽命有限，它們不太適合功耗稍高的應(yīng)用。

不可充電電池應(yīng)用適用于僅偶爾使用電源的應(yīng)用，即設(shè)備在返回深度睡眠模式之前偶爾通電，在該模式下，設(shè)備消耗的電量少。使用它作為電源的主要優(yōu)點(diǎn)是它提供了高能量密度和更簡單的設(shè)計(jì)，因?yàn)槟恍枰菁{電池充電/管理電路，并且成本更低，因?yàn)殡姵馗阋瞬⑶倚枰俚碾娮釉O(shè)備。它們非常適合低成本、低功耗應(yīng)用。然而，由于電池的使用壽命有限，它們不太適合功耗稍高的應(yīng)用。
考慮具有許多節(jié)點(diǎn)的大型物聯(lián)網(wǎng)安裝。當(dāng)您有一名技術(shù)人員現(xiàn)場更換一臺(tái)設(shè)備的電池時(shí)，通常會(huì)性更換所有電池，以節(jié)省人工成本。當(dāng)然，這是一種浪費(fèi)，只會(huì)加劇廢物問題。重要的是，不可充電電池僅提供制造它們所用電力的約 2%。約 98% 的能源被浪費(fèi)，使其成為非常不經(jīng)濟(jì)的能源。
顯然，這些確實(shí)在基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中占有一席之地。它們相對(duì)較低的初始成本使其成為低功耗應(yīng)用的理想選擇。有許多不同的類型和尺寸可供選擇，并且由于它們不需要太多額外的電子設(shè)備來充電或管理，因此它們是一個(gè)簡單的解決方案。
從設(shè)計(jì)的角度來看，關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是充分利用這些電源提供的能量。為此，制定電力預(yù)算計(jì)劃以確保限度地延長電池的使用壽命非常重要，其中 10 年是常見的使用壽命目標(biāo)。
對(duì)于電池應(yīng)用，ADI 毫微功耗系列產(chǎn)品中的兩個(gè)部件值得考慮：LTC3337 毫微功耗庫侖計(jì)數(shù)器和 LTC3336 毫微功耗降壓穩(wěn)壓器，如圖 1 所示。
LTC3336 是一款低功耗 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，采用高達(dá) 15V 的輸入電壓運(yùn)行，具有可編程峰值輸出電流水平。輸入電壓可低至 2.5V，非常適合電池供電的應(yīng)用。
空載調(diào)節(jié)時(shí)靜態(tài)電流極低，僅為 65 nA。隨著 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的發(fā)展，它很容易在新設(shè)計(jì)中設(shè)置和使用。輸出電壓根據(jù) OUT0 至 OUT3 引腳的連接方式進(jìn)行編程。
LTC3336 的配套器件是 LTC3337，這是一款毫微功耗主電池健康狀況監(jiān)視器和庫侖計(jì)數(shù)器。這是另一個(gè)易于在新設(shè)計(jì)中使用的器件 — 只需根據(jù)所需的峰值電流（在 5mA 至 100mA 范圍內(nèi)）連接 IPK 引腳即可。根據(jù)您選擇的電池運(yùn)行一些計(jì)算，然后根據(jù)數(shù)據(jù)表中注明的所選峰值電流填充建議的輸出上限。
對(duì)于功耗預(yù)算有限的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，這是一個(gè)的設(shè)備組合。這些部件既可以準(zhǔn)確監(jiān)控主電池的能量使用情況，又可以有效地將輸出轉(zhuǎn)換為可用的系統(tǒng)電壓。

圖 1：LTC3337 和 LTC3336 應(yīng)用電路

讓我們繼續(xù)討論可充電應(yīng)用程序。對(duì)于無法頻繁更換主電池的高功率或高耗電物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，這是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。由于電池和充電電路的初始成本，可充電電池應(yīng)用是一種成本較高的實(shí)施方案，但在電池頻繁耗盡和充電的高耗電應(yīng)用中，成本是合理的并且很快就能收回。
根據(jù)所使用的化學(xué)物質(zhì)，可充電電池應(yīng)用的初始能量可能比原電池低，但從長遠(yuǎn)來看，它是更有效的選擇，總體上浪費(fèi)更少。根據(jù)電力需求，另一種選擇是電容器或超級(jí)電容器存儲(chǔ)，但這些更適合短期備份存儲(chǔ)。
電池充電涉及多種不同的模式和配置文件，具體取決于所使用的化學(xué)物質(zhì)。例如，鋰離子電池充電曲線如圖 2 所示。底部是電池電壓，縱軸是充電電流。

圖 2：充電電流與電池電壓

圖 3：充電電壓/電流與時(shí)間的關(guān)系

當(dāng)電池嚴(yán)重放電時(shí)，如圖2左側(cè)所示，充電器需要足夠聰明，將其置于預(yù)充電模式，以緩慢地將電池電壓增加到安全水平，然后再進(jìn)入恒流模式。
在恒流模式下，充電器將編程電流推入電池，直到電池電壓升至編程浮動(dòng)電壓。
編程電流和電壓均由所使用的電池類型定義-充電電流受 C 速率和所需充電時(shí)間的限制，浮動(dòng)電壓基于對(duì)電池安全的電壓。如果系統(tǒng)需要，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以稍微降低浮動(dòng)電壓，以幫助延長電池的使用壽命。
當(dāng)達(dá)到浮動(dòng)電壓時(shí)，充電電流降至零，并且根據(jù)終止算法將該電壓保持一段時(shí)間。
圖 3 提供了三單元應(yīng)用程序的不同圖表，顯示了隨時(shí)間變化的行為。電池電壓顯示為紅色，充電電流顯示為藍(lán)色。它以恒流模式啟動(dòng)，電流達(dá)到峰值 2A，直到電池電壓達(dá)到 12.6V 恒壓閾值。充電器在終止計(jì)時(shí)器定義的時(shí)間內(nèi)保持該電壓 — 在本例中為四小時(shí)窗口。該時(shí)間在許多充電器部件上都是可編程的。
有關(guān)電池充電以及一些有趣產(chǎn)品的更多信息，請(qǐng)閱讀模擬對(duì)話文章“適用于任何化學(xué)物質(zhì)的簡單電池充電器 IC ”。
圖 4 顯示了多功能降壓電池充電器 LTC4162 的示例，該充電器可提供高達(dá) 3.2A 的充電電流，適用于多種應(yīng)用，包括便攜式儀器和需要更大電池或多節(jié)電池的應(yīng)用。它還可以用于通過太陽能充電。

圖 4：LTC4162，一款 3.2A 降壓電池充電器