以软启动电路延长电池寿命

2012-09-29 21:56:04来源: 互联网

 这篇文章探讨一种在许多电池驱动产品中存在的特性。当一个电路首次获得供电时,在建立稳定操作状况期间会出现高尖峰电流。虽然全新或刚充满电的电池可以有可靠且符合预期的性能表现,但如果电池电量不是很满时就不能支持高启动电流(亦称为涌浪电流)。随着电池电量逐渐消耗,它的内部电阻不断增加,导致在负载下的电压下跌更大。启动时尖峰电流所造成的更大电压下降将触发电源欠压关闭机制。

    在关闭过程中,电池电压会回复过来,使电源再次启动并产生高涌浪,进而再次激发另一回欠压情况。结果,设备在启动(ON)与关闭(OFF)状态之间来回,导致用户不满,还会迫使用户过早更换电池或为电池充电。

    电池使用寿命是用户做出购买决定的重要因素,所以任何机制如果能够影响电池的预期使用寿命,都会为最终产品创优增值。

    把软启动定为例行程序,让电流在一段受到控制的时间内提升到系统要求的数值,可以避免由涌浪电流造成的问题。例行软启动的操作有两大优点。首先,它使输出电压不会上升得太快,能够防止输出电压过冲或显著降低过冲的幅度。

    第二,当一枚已部分放电的电池放出大涌浪电流时,它能够避免出现随之而来的电压大跌。例行软启动减少了涌浪电流的幅度,所以亦减少了在启动时出现的电压下降,从而使电池电压高于会触发系统欠压关闭的临界值。

    对某几类器件来说,软启动可轻易部署。例如低压差(LDO)稳压器只要利用极控制,便能轻松实施软启动及涌浪电流保护。至于DC-DC转换器,部署方法就要视乎器件是属于降压还是升压稳压器。

    降压转换器以及某些升压转换器并没有启动模块。如果在最怀的情况下,也就是当输入电压到了最低时,仍足以为芯片的所有模块提供电压,那就好办了,因为系统可以借着最大电流侦察器去限制电流,而这个限制在过了一段固定时间后,又或当一组输出电压达到了预定值时便会解除。这是一个非常有吸引力的特性,因为芯片可维持在正常操作模式。

    不过,某些升压转换器包含了一个启动模块。当这些系统以升压模式操作,输入电压就会低于电压要求,因而转换器的输出会被用于转换器的供电。在这种情况下,实施软启动便变得复杂,因为例行程序必须在整个启动过程中限制电流,直至输出达致所需的输出电压。这表示软启动机制必须同时在电池供电及转换器输出供电上运作。

    与此同时,标准线性芯片是为广阔的应用而设计,能配合多种相关零件,这使软启动的部署更趋复杂。这亦表示在不同的应用中,达到输出要求所需的时间也各异。因此,为多种产品及应用提供一种通用软启动解决方案变得极具挑战性。

    现在,随着奥地利微电子公司推出了一种崭新的器件,在一个产品平台上实施软启动便大为简化。AS1344不仅为絶大部分应用提供完整的启动解决方案,亦带来一系列启动期间的最大电流选择。这让系统可以调节达致所需输出电压的时间。

图1展示了AS1344的方块图。两个PMOS开关在关闭期间都处于OFF状态(输出与输入解除连接,以制止电流在关闭期间流动);两者在正常操作模式下则保持ON状态。

图1:AS1344的方块图。

    然而,在启动过程中,只有一个PMOS开关(那个与VIN连接的开关)处于ON状态。因此,设计人员可透过改变那个连接在电池与VIN之间的外部电阻之数值,去调节启动期间系统所容许通过的最大电流。这个电阻将永久限制流向VIN的电流。

    在DC/DC转换器达到要求的输出电平之后不久,由VDD到SW的开关便会启动,换言之,器件将处于正常操作模式。这让更大的电流可以通过,以支持更高的负载电流,带来更具效率的系统。

    图2及图3展示了这些效应。我们凭图2可知如果输入电压为1.8V,设计便能透过一个3Ω的外部电阻,把涌流电流限制于200mA左右。至于图3则显示,当输入电压为2.4V,电阻值一样是3Ω的话,最高涌浪电流值将约为400mA。

图2:如果输入电压为1.8V,设计便能透过一个3Ω的外部电阻,把涌流电流限制于200mA左右。

图3:当输入电压为2.4V,电阻值一样是3Ω的话,最高涌浪电流值将约为400mA。

    我们从表1可看到同样在2.4V输入电压下,不同外部电阻(0Ω到3Ω)所造成的各个最大涌浪电流值及启动时间。这个列表清楚显示出,系统如无外部电阻(即Rv=0Ω),就可快速启动,且有大涌浪电流通过。

   (电子工程专辑)

表1:在2.4V输入电压下,不同外部电阻(0Ω到3Ω)所造成的各个最大涌浪电流值及启动时间。

    设计人员可通过采用AS1344选择单一的外部电阻值,轻松控制涌浪电流。OEM借着在不同电路设计使用这种单一升压转换器,便有机会减少采购成本,同时简化供应链和仓存要求。

关键字:软启动  电路延长  电池寿命

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0929/article_17017.html
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