模拟和电源领域中的新兴技术和产品走势

2015-03-08 10:42:31来源: 互联网
模拟器件在电池储能中所起的作用

由于大规模能量存储技术的进步,基于电池的系统迅速增多,从混合动力汽车和电动汽车 (具有几万瓦小时的电能储备) 到能够存储数十兆瓦小时电能的电网能量储存系统 (ESS) 等均在其列。ESS 系统被用于诸多的应用,包括电源后备和稳定、功率级加载 (以在峰值用电需求期间利用低成本的非高峰期电能) 和存储由可再生能源 (例如:太阳能和风力) 捕获的能量。

大型电池组由串联连接以形成高电压堆栈的电池单元构成。电池的容量会随着时间和使用而损失,而一个大型电池组内部的电池容量损失之速率各不相同。这 是由于电池内部的差异以及所处的工作条件 (例如:热梯度) 变化不定所致。电池老化状况的差异会引起电池组内部各节电池之间的容量失配,这种容量失配将随着时间的推移而增大。不幸的是,限制电池组容量的是电池组中 最弱的那节电池。

传统的被动电池平衡只能在充电期间保护那些较强的电池,在此过程中将产生热量,而且无法对弱电池实施补偿。作为一种选择,主动平衡则增添了将电荷从 较强电池转移至较弱电池的能力,从而增加了电池组的容量和运行时间。近期,凌力尔特的 LTC3300 等集成型控制器提供了高平衡电流和高效率。这是一种双向、主动电池平衡控制器,可独立和同时地对多达 6 节串联电池进行平衡。其能以 90% 以上的效率管理高达 10A 的电流。

模拟器件在汽车电子产品中的作用

模拟电子器件在汽车市场正在快速成长,预计至少在未来的几年时间里其增长速度将高于行业的整体水平,而且其在凌力尔特全部业务中所占的比例已经升至 20%。电子系统正逐步地使交通体验发生变革,导致人们对于连通性、便利性、安全性和燃油效率的预期不断攀升。由于电子装置取代了传统的机电和液压系统, 因此一部标准的中型车辆如今包含了 100 多个处理器和几十台电机。车辆中分布式系统和诊断功能的激增对数字通信提出了更高的要求,这反过来又推动了数据速率的提高以及数字收发器需求量的增加。

历史上,线性稳压器一直用于为数字处理器、收发器和相关组件提供稳压的电源。但是随着功率需求的增加,使用线性稳压器带来的问题越来越多。线性稳压 器是简单和低成本器件,其具有非常紧凑和易于设计的应用电路。不过,当用于把汽车电池电压转换为数字组件所需的低电压时,此类稳压器的效率低下。比如:从 12V 至 5V 的线性转换产生的转换效率为 42%,而 12V 至 3.3V 转换所产生的效率则低于 28%。举个例子,假如电源负载为 280mW/3.3V,那么将需要 1W 的输入功率,因而造成 720mW 的功率被作为热量白白损失掉了。针对系统效率和最终产生之热应力的管理日益受到汽车系统设计师的关注。

对于系统设计师而言,一种替代方案是用开关模式 DC/DC 转换器来取代线性稳压器。开关电源具有很高的效率,但也带来了其特有的难题,包括电感器的选择和供应、环路补偿和降低辐射 EMI、以及解决方案相对复杂和占板面积较大等。

传统线性稳压器应用的第二种替代方案是开关电容器充电泵稳压器。此类组件既拥有线性稳压器解决方案紧凑和简单易用的优点,同时又缩小了线性稳压器与 开关稳压器之间的效率差距。凌力尔特提供了一个非常适合于这类应用的高电压充电泵稳压器系列。例如:LTC3255 可采用一个范围为 4V 至 48V 的输入电压提供高达 50mA 的负载电流,故障保护范围则为 -52V 至 60V。其无负载静态电流仅为 20µA。从 12Vin 至 5Vout 转换的效率高于 80%,而从 12V 至 3.3V 转换的效率则为 55%,产生的功率损耗仅为线性稳压器的大约 50%。与线性稳压器不同的是,充电泵亦可用于负输出和降压-升压型应用。

模拟器件在无线传感器网络和能量收集中的作用

坚固和超低功率无线传感器网络 (比如那些利用凌力尔特 Dust Networks SmartMesh® 产品线实现的无线传感器网络) 的推出正逐步地改变着传感器在众多应用 (包括环境监测、交通运输基础设施和工厂车间等等) 中的部署方式。而且,当传感器部署在偏远、与外界隔离或危险的环境时,利用局部环境能量 (既不需要铺设导线也不需要维修保养) 为其供电的潜在需求就显现出来了。

凌力尔特于 2010 年推出了首款能量收集集成电路,该 IC 专为调理来自低电平太阳能、压电元件和热电发生器 (TEG) 输出的功率而特别设计。自那之后,我们向市场投放了一个允许用户利用收集的环境能量来给主电池或可再充电电池提供补充的产品系列,从而可无限期地延长系统 运行时间,或者逼近主电池的贮藏寿命。这些产品可处理电源系统的所有方面,包括 DC/DC 转换、PowerPath™ 控制和局部能量存储。以 LTC3107 为例,其可调理取自低电压、低阻抗电源 (包括 TEG 和热电堆) 的能量,并把低至 20mV 的输入转换为适合为远程传感器节点供电的功率。该器件在采集能量和主电池之间实现了无缝切换,并优先使用环境能量源,当能量收集器运行时仅从电池吸收 80nA 电流。实用和有效的能量收集器是将物联网从构想变为现实的一种关键组件。

关键字:模拟  电源领域

编辑:探路者 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/2015/0308/article_25698.html
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