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小型便携式系统的能源管理
接线图
2024年01月26日 10:51 192
admin
本应用笔记介绍了具有四节和三节电池系统的便携式应用的电源管理方案。显示了升压/降压转换器、线性稳压器、电压转换器、电荷泵和无电感器稳压器的最佳设计和用途。几个Maxim电源管理器件是特色。
许多不同且相互冲突的约束给小型手持产品的设计者带来了负担。除了尺寸和重量方面的常规限制外，这些限制还包括成本限制、严格的时间安排、以周而不是小时为单位衡量的电池寿命目标，以及（有时）因电源管理需求而负担过重的主机。
由于手持式应用的电源要求随产品用途的不同而有很大差异，因此不存在适合这些应用的单一“最佳”电源。间歇使用的设备更关心空载静态电流而不是满载效率，并且可以使用碱性电池令人满意地运行。然而，手机必须应对高峰值负载和频繁使用。这种工作模式强调转换效率而不是静态电流，因此手机最好配备可充电电池。
在手持式产品设计中，尺寸限制通常决定了过程早期的电池数量。这令电气工程师感到沮丧，并且是一个重大限制，因为允许的电池数量（和类型）决定了工作电压范围。这反过来又会严重影响电源的成本和复杂性。高电池数量使得可以使用线性稳压器和简单电路，但代价是额外的重量和有限的效率。电池数量少迫使使用成本更高的开关稳压器，但电池的低成本可能证明这种费用是合理的。
采用四节电池的设计
采用四节单节电池的设计通常可以在重量和使用寿命之间提供有吸引力的折衷方案。这个数字对于碱性电池特别受欢迎，因为它们通常以四块电池的倍数出售。然而，5V 电路的四节电池电源提出了设计挑战。当电池放电时，稳压器必须先降压，然后升压。这一要求不允许使用只能降压、升压或反转的更简单的单功能稳压器拓扑。 该问题的一种有效解决方案是单端初级电感转换器 (SEPIC)，其中 VOUT 电容耦合到开关电路（图 1）。与反激式变压器稳压器和组合升压/线性稳压器相比，这种配置具有多个优点，其中之一就是不需要变压器。
许多不同且相互冲突的约束给小型手持产品的设计者带来了负担。除了尺寸和重量方面的常规限制外，这些限制还包括成本限制、严格的时间安排、以周而不是小时为单位衡量的电池寿命目标，以及（有时）因电源管理需求而负担过重的主机。
由于手持式应用的电源要求随产品用途的不同而有很大差异，因此不存在适合这些应用的单一“最佳”电源。间歇使用的设备更关心空载静态电流而不是满载效率，并且可以使用碱性电池令人满意地运行。然而，手机必须应对高峰值负载和频繁使用。这种工作模式强调转换效率而不是静态电流，因此手机最好配备可充电电池。
在手持式产品设计中，尺寸限制通常决定了过程早期的电池数量。这令电气工程师感到沮丧，并且是一个重大限制，因为允许的电池数量（和类型）决定了工作电压范围。这反过来又会严重影响电源的成本和复杂性。高电池数量使得可以使用线性稳压器和简单电路，但代价是额外的重量和有限的效率。电池数量少迫使使用成本更高的开关稳压器，但电池的低成本可能证明这种费用是合理的。
采用四节电池的设计
采用四节单节电池的设计通常可以在重量和使用寿命之间提供有吸引力的折衷方案。这个数字对于碱性电池特别受欢迎，因为它们通常以四块电池的倍数出售。然而，5V 电路的四节电池电源提出了设计挑战。当电池放电时，稳压器必须先降压，然后升压。这一要求不允许使用只能降压、升压或反转的更简单的单功能稳压器拓扑。 该问题的一种有效解决方案是单端初级电感转换器 (SEPIC)，其中 VOUT 电容耦合到开关电路（图 1）。与反激式变压器稳压器和组合升压/线性稳压器相比，这种配置具有多个优点，其中之一就是不需要变压器。
该稳压器拓扑采用 MAX1771 升压控制器。它为 3V 至 8V 的输入提供 5V 电压。操作在升压和降压转换之间平稳切换，无需步骤或模式更改。关断期间，输出完全关闭并且不提供电流。
作为升压设计的另一项改进（在升压设计中，除非添加截止开关，否则在关断期间电流会从电池中耗尽 - 请参阅图 2），SEPIC 输出会完全关闭以响应关断命令。当 VIN 在正常工作期间下降时，SEPIC 电路会平稳地调节 VOUT，而不会在 VOUT 接近 VIN 时改变其工作模式。其功率转换效率峰值为 86%，接近 200mA（图 1）。相关文章
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