模擬和電源領(lǐng)域中的新興技術(shù)和產(chǎn)品走勢(shì)

模擬器件在電池儲(chǔ)能中所起的作用

由于大規(guī)模能量存儲(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步，基于電池的系統(tǒng)迅速增多，從混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車 (具有幾萬瓦小時(shí)的電能儲(chǔ)備) 到能夠存儲(chǔ)數(shù)十兆瓦小時(shí)電能的電網(wǎng)能量儲(chǔ)存系統(tǒng) (ESS) 等均在其列。ESS 系統(tǒng)被用于諸多的應(yīng)用，包括電源后備和穩(wěn)定、功率級(jí)加載 (以在峰值用電需求期間利用低成本的非高峰期電能) 和存儲(chǔ)由可再生能源 (例如：太陽能和風(fēng)力) 捕獲的能量。

大型電池組由串聯(lián)連接以形成高電壓堆棧的電池單元構(gòu)成。電池的容量會(huì)隨著時(shí)間和使用而損失，而一個(gè)大型電池組內(nèi)部的電池容量損失之速率各不相同。這 是由于電池內(nèi)部的差異以及所處的工作條件 (例如：熱梯度) 變化不定所致。電池老化狀況的差異會(huì)引起電池組內(nèi)部各節(jié)電池之間的容量失配，這種容量失配將隨著時(shí)間的推移而增大。不幸的是，限制電池組容量的是電池組中 最弱的那節(jié)電池。

傳統(tǒng)的被動(dòng)電池平衡只能在充電期間保護(hù)那些較強(qiáng)的電池，在此過程中將產(chǎn)生熱量，而且無法對(duì)弱電池實(shí)施補(bǔ)償。作為一種選擇，主動(dòng)平衡則增添了將電荷從 較強(qiáng)電池轉(zhuǎn)移至較弱電池的能力，從而增加了電池組的容量和運(yùn)行時(shí)間。近期，凌力爾特的 LTC3300 等集成型控制器提供了高平衡電流和高效率。這是一種雙向、主動(dòng)電池平衡控制器，可獨(dú)立和同時(shí)地對(duì)多達(dá) 6 節(jié)串聯(lián)電池進(jìn)行平衡。其能以 90% 以上的效率管理高達(dá) 10A 的電流。

模擬器件在汽車電子產(chǎn)品中的作用

模擬電子器件在汽車市場正在快速成長，預(yù)計(jì)至少在未來的幾年時(shí)間里其增長速度將高于行業(yè)的整體水平，而且其在凌力爾特全部業(yè)務(wù)中所占的比例已經(jīng)升至 20%。電子系統(tǒng)正逐步地使交通體驗(yàn)發(fā)生變革，導(dǎo)致人們對(duì)于連通性、便利性、安全性和燃油效率的預(yù)期不斷攀升。由于電子裝置取代了傳統(tǒng)的機(jī)電和液壓系統(tǒng)， 因此一部標(biāo)準(zhǔn)的中型車輛如今包含了 100 多個(gè)處理器和幾十臺(tái)電機(jī)。車輛中分布式系統(tǒng)和診斷功能的激增對(duì)數(shù)字通信提出了更高的要求，這反過來又推動(dòng)了數(shù)據(jù)速率的提高以及數(shù)字收發(fā)器需求量的增加。

歷史上，線性穩(wěn)壓器一直用于為數(shù)字處理器、收發(fā)器和相關(guān)組件提供穩(wěn)壓的電源。但是隨著功率需求的增加，使用線性穩(wěn)壓器帶來的問題越來越多。線性穩(wěn)壓 器是簡單和低成本器件，其具有非常緊湊和易于設(shè)計(jì)的應(yīng)用電路。不過，當(dāng)用于把汽車電池電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字組件所需的低電壓時(shí)，此類穩(wěn)壓器的效率低下。比如：從 12V 至 5V 的線性轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換效率為 42%，而 12V 至 3.3V 轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的效率則低于 28%。舉個(gè)例子，假如電源負(fù)載為 280mW/3.3V，那么將需要 1W 的輸入功率，因而造成 720mW 的功率被作為熱量白白損失掉了。針對(duì)系統(tǒng)效率和最終產(chǎn)生之熱應(yīng)力的管理日益受到汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的關(guān)注。

對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)師而言，一種替代方案是用開關(guān)模式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來取代線性穩(wěn)壓器。開關(guān)電源具有很高的效率，但也帶來了其特有的難題，包括電感器的選擇和供應(yīng)、環(huán)路補(bǔ)償和降低輻射 EMI、以及解決方案相對(duì)復(fù)雜和占板面積較大等。

傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器應(yīng)用的第二種替代方案是開關(guān)電容器充電泵穩(wěn)壓器。此類組件既擁有線性穩(wěn)壓器解決方案緊湊和簡單易用的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又縮小了線性穩(wěn)壓器與 開關(guān)穩(wěn)壓器之間的效率差距。凌力爾特提供了一個(gè)非常適合于這類應(yīng)用的高電壓充電泵穩(wěn)壓器系列。例如：LTC3255 可采用一個(gè)范圍為 4V 至 48V 的輸入電壓提供高達(dá) 50mA 的負(fù)載電流，故障保護(hù)范圍則為 -52V 至 60V。其無負(fù)載靜態(tài)電流僅為 20µA。從 12Vin 至 5Vout 轉(zhuǎn)換的效率高于 80%，而從 12V 至 3.3V 轉(zhuǎn)換的效率則為 55%，產(chǎn)生的功率損耗僅為線性穩(wěn)壓器的大約 50%。與線性穩(wěn)壓器不同的是，充電泵亦可用于負(fù)輸出和降壓-升壓型應(yīng)用。

模擬器件在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和能量收集中的作用

堅(jiān)固和超低功率無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (比如那些利用凌力爾特 Dust Networks SmartMesh® 產(chǎn)品線實(shí)現(xiàn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)) 的推出正逐步地改變著傳感器在眾多應(yīng)用 (包括環(huán)境監(jiān)測、交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施和工廠車間等等) 中的部署方式。而且，當(dāng)傳感器部署在偏遠(yuǎn)、與外界隔離或危險(xiǎn)的環(huán)境時(shí)，利用局部環(huán)境能量 (既不需要鋪設(shè)導(dǎo)線也不需要維修保養(yǎng)) 為其供電的潛在需求就顯現(xiàn)出來了。

凌力爾特于 2010 年推出了首款能量收集集成電路，該 IC 專為調(diào)理來自低電平太陽能、壓電元件和熱電發(fā)生器 (TEG) 輸出的功率而特別設(shè)計(jì)。自那之后，我們向市場投放了一個(gè)允許用戶利用收集的環(huán)境能量來給主電池或可再充電電池提供補(bǔ)充的產(chǎn)品系列，從而可無限期地延長系統(tǒng) 運(yùn)行時(shí)間，或者逼近主電池的貯藏壽命。這些產(chǎn)品可處理電源系統(tǒng)的所有方面，包括 DC/DC 轉(zhuǎn)換、PowerPath™ 控制和局部能量存儲(chǔ)。以 LTC3107 為例，其可調(diào)理取自低電壓、低阻抗電源 (包括 TEG 和熱電堆) 的能量，并把低至 20mV 的輸入轉(zhuǎn)換為適合為遠(yuǎn)程傳感器節(jié)點(diǎn)供電的功率。該器件在采集能量和主電池之間實(shí)現(xiàn)了無縫切換，并優(yōu)先使用環(huán)境能量源，當(dāng)能量收集器運(yùn)行時(shí)僅從電池吸收 80nA 電流。實(shí)用和有效的能量收集器是將物聯(lián)網(wǎng)從構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的一種關(guān)鍵組件。