體積向來是便攜式應(yīng)用的關(guān)鍵要素，由于這類產(chǎn)品多半以電池來供應(yīng)電力，故電池大小以及電池?cái)?shù)目自然會(huì)對(duì)產(chǎn)品的體積與外形造成極大影響。由于傳統(tǒng)電池不需要充電器，因此可以降低設(shè)計(jì)成本，產(chǎn)品也能隨時(shí)使用，不必每隔一段時(shí)間就放回充電座重新充電。這類產(chǎn)品大都使用三號(hào)或四號(hào)堿性電池，每顆堿性電池的供電范圍從0.9V至1.6V。然而數(shù)字電路至少需要1.8V電壓，而其它高精準(zhǔn)度的模擬電路更需要3V以上的電源才能順利操作。因此若應(yīng)用產(chǎn)品僅使用一顆堿性電池來供應(yīng)電力，工程師就必須以體積小而效率高的直流電源轉(zhuǎn)換器做為電池電源界面，由它將較低的輸入電壓轉(zhuǎn)換成較高輸出電壓。為了滿足這些需求，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)選擇TPS61070之類的同步升壓轉(zhuǎn)換器來擔(dān)任直流電源轉(zhuǎn)換器。圖1就是TPS61070的典型應(yīng)用。
圖1：TPS61070的典型應(yīng)用
電池特性通常以固定電流放電曲線表示，然而控制器或傳感器等應(yīng)用卻可能要求直流轉(zhuǎn)換器提供固定電壓，此時(shí)電池就必須以固定功率的方式提供電力。換言之，隨著電池電壓在放電過程中逐步下降，電池電流就必須逐漸增加；比方說，當(dāng)堿性電池的電力用盡時(shí)，其電流可能升高至新電池的兩倍。圖2是四號(hào)堿性電池以100mW固定功率放電時(shí)的開路電壓和電池電流；從圖中可以看出電池電流在剛開始放電時(shí)約為75mA，等到放電結(jié)束時(shí)已升高到將近150mA。
圖2：放電過程的電池電壓和電池電流
電池本身也有阻抗，其大小在電池電力用盡前都不會(huì)有太大改變。我們利用和圖2曲線相同的方式來決定電池的串聯(lián)阻抗，其結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看出放電剛開始時(shí)的電池阻抗約為300mΩ，等到放電結(jié)束時(shí)會(huì)增加到750mΩ左右。
圖3：放電過程的電池電壓和電池串聯(lián)阻抗
當(dāng)直流轉(zhuǎn)換器輸出端連接負(fù)載時(shí)，電池電流或電壓的升高都會(huì)造成轉(zhuǎn)換器輸入端的電壓降增加。圖4是供應(yīng)電力給負(fù)載時(shí)的電池開路電壓以及轉(zhuǎn)換器輸入電壓，從圖中就能明顯看出兩條曲線的差異會(huì)隨著電池放電而逐漸擴(kuò)大。
圖4：無負(fù)載和100 mW負(fù)載時(shí)的電池電壓抗
從圖2、3和4還能看出電池電壓在放電快結(jié)束時(shí)會(huì)大幅下降，這就表示電池兩端雖仍有電壓，卻已無法繼續(xù)提供電力。電池電壓會(huì)隨著直流轉(zhuǎn)換器輸出端是否連接100mW負(fù)載而有所不同，而且電池剩余電力越少，兩者之間的相差值就越大。若電池電壓在無負(fù)載時(shí)下降到1.0V以下，就表示無法再從其中取出電力；因?yàn)橹灰由县?fù)載，電池電壓就會(huì)立刻下降為0.8V，迫使應(yīng)用將電源切斷以避免出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。然而這種電路設(shè)計(jì)卻有很大的潛在風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)殡姵仉妷簳?huì)隨著直流轉(zhuǎn)換器有無連接負(fù)載而出現(xiàn)極大差異；此時(shí)轉(zhuǎn)換器會(huì)因?yàn)殡姵仉妷翰蛔愣袛嚯娐罚?dāng)電路切斷后，電池電壓又因?yàn)闆]有負(fù)載而上升，導(dǎo)致直流轉(zhuǎn)換器重新激活供電。由于轉(zhuǎn)換器輸出電壓雖大于電池電壓，卻又小于應(yīng)用正常操作所需的電壓，所以這個(gè)過程將不斷重復(fù)，造成轉(zhuǎn)換器輸出電壓不停改變，甚至可能對(duì)產(chǎn)品造成損害。TI的TPS61070則能解決這個(gè)問題，其內(nèi)建的電壓過低鎖定功能(UVLO)可在輸入電壓低于0.8V左右時(shí)將組件鎖定，直到電壓升至1.0V以上才會(huì)重新工作。
激活過程的輸入電流也必須加以限制，因?yàn)榧せ铍娏魅暨h(yuǎn)大于正常操作電流，電池電壓降就可能超出正常操作時(shí)的電壓降，使得直流轉(zhuǎn)換器的輸入電壓過低而無法激活，這種情形在電池電力快用盡時(shí)最容易發(fā)生。要解決這個(gè)問題，設(shè)計(jì)人員可以等到供應(yīng)電壓上升到某個(gè)程度時(shí)再連接負(fù)載，同時(shí)使用TPS61070之類能于開機(jī)時(shí)限制輸入電流的直流轉(zhuǎn)換器。 |
