為什么電壓轉(zhuǎn)換器有助于提升電池效率和延長使用壽命

摘要

本文介紹如何在現(xiàn)有系統(tǒng)中添加nanopower轉(zhuǎn)換器以延長器件的電池壽命，從而將電池運(yùn)行時間延長多達(dá)20%。

采用電池供電的電路必須具備高能效，這樣電池才能長時間持續(xù)供電。為此，應(yīng)當(dāng)選擇節(jié)能型元器件并將其整合到系統(tǒng)中。電路中的構(gòu)建模塊越少，整個系統(tǒng)的能效就越高。圖1所示的電水表就是一種電池供電設(shè)備。該系統(tǒng)采用MAX32662微控制器，僅有一個電源電壓。輸入電壓介于1.71 V和3.63 V之間。

圖1.電池供電水表中集成固定電壓穩(wěn)壓器的微控制器

微控制器可以直接由電池供電，電池根據(jù)溫度和充電狀態(tài)提供2 V至3.6 V的電壓。電路中只需要很少的額外元件，因此可實現(xiàn)非常高的整體系統(tǒng)效率。然而，微控制器的電流消耗在很大程度上與實際電源電壓無關(guān)。微控制器的工作電壓是2 V還是3.6 V，對此IC都沒有影響。

對于類似這樣的情況，可以使用新型nanopower開關(guān)穩(wěn)壓器。此類開關(guān)穩(wěn)壓器可以將電池電壓高效轉(zhuǎn)換為較低值，例如2 V。nanopower開關(guān)穩(wěn)壓器在輸出端為微控制器提供所需的電流，但電池側(cè)電壓越高，需要的電流越小。圖2顯示了添加高效nanopower開關(guān)穩(wěn)壓器MAX38650后的水表電路。

圖2.添加nanopower穩(wěn)壓器

添加此IC后，可顯著延長電池壽命。電池壽命可輕松延長20%或更多。由于影響參數(shù)眾多，例如溫度、峰值電流、傳感器周期性關(guān)閉等，確切的節(jié)能效果因情況而異。這里起決定性作用的是添加的DC-DC轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)電流。如果開關(guān)穩(wěn)壓器的能耗太大，預(yù)期的節(jié)能收益就會消失。

圖3顯示了一個采用MAX38650 nanopower穩(wěn)壓器的電路。顧名思義，該IC的靜態(tài)電流為納安級。運(yùn)行期間，開關(guān)穩(wěn)壓器僅消耗390 nA的靜態(tài)電流。當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器可以關(guān)斷時，它只需要5 nA的關(guān)斷電流。這種nanopower電壓轉(zhuǎn)換器非常適合在類似圖1所示的系統(tǒng)中實現(xiàn)節(jié)能。

圖3.nanopower穩(wěn)壓器電路

如圖3所示，電路僅需要少量無源外部元件。僅使用RSEL引腳上的一個電阻來設(shè)置輸出電壓，并未使用電阻分壓器。電阻分壓器會消耗相當(dāng)多的電流，根據(jù)電壓和電阻的不同，此電流可能大大超過MAX38650的靜態(tài)電流。因此，該IC使用可變電阻，僅在電路接通時短暫檢查此電阻。該IC通過以下方式檢測設(shè)定點輸出電壓值：在接通期間的短時間內(nèi)，使200 μA的電流流過該可變電阻。然后測量所產(chǎn)生的電壓，并將其存儲在IC內(nèi)部。這意味著，在通過常規(guī)分壓器運(yùn)行期間不會有能量損失。

通過添加電壓轉(zhuǎn)換器，可以提高系統(tǒng)效率并延長電池續(xù)航時間。