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電池電路設計的無聊小技巧
2008/08/20 12:12:04瀏覽12066|回應1|推薦0

以下提到的這些技巧都是我以為的,千萬不要當真!

以一個3V電池(Panasonic, CR2032)為例,先了解一下概略規格:

220mAh(假設):這個規格是什麼意思呢?就是以220mA的電流連續放電,當電池電壓從3V降到2V的時候,時間約為一小時(1hour)。

不過要注意這個規格,並不是說真的可以用220mA這麼大的電流輸出,這個規格是換算出來的,是一個電量單位,就是這顆電池裡面到底有多少電的意思,因為一般儲電式的元件(電池、電瓶、金電容等),都是使用這個單位。

這種小電池如果負載過大,要嘛吐不出來、要嘛會壞掉;如果是手機的鋰電池,就恐怖了,因為它真的可以產生數安培的電流輸出,所以當電池是劣質品,輸出保護不好,遭受撞擊短路時,就要著火了,甚至是爆掉,所以不要把手機電池當成一般乾電池的亂整,為了自己的安全,不要虐待它。

電瓶就更驚人了,啟動馬達瞬間可能需要數百安培的輸出才轉的動,所以大家的救援線如果不夠粗,或是個爛線,是沒辦法通過這麼大的電流的,所以當發現接別人的電瓶救命發不動時,有兩招:1. 換粗線、2. 叫對方踩油門增加電流輸出。

眼鏡蛇直升機的電瓶又更大了,我記得有數千安培輸出,好像是這樣。

扯遠了,所以我們在看規格時,還要注意一個規格:Countinuous load(標準負載),單位是電流mA,要讓電池負載在這個數值以下,電池才會正常工作。

低溫會使電池更沒電,這是要注意的。

   我們從圖中曲線可以看到一個特性,就是電池約在3V~2.5V是很平緩的,這時電量最充足,要注意電池電量不是線性,到曲線末端是突然急轉直下的,我們常發現用電池會有突然沒電的狀況發生,就是這個特性使然。

所以我們必須儘可能運作在3V~2.5V的區間,這是一個大前提

假設負載是一顆MCU,問題來了,假設MCU工作電壓是2V以上就會動,給了以下狀況:

1.  2V的電壓。

2.  3V的電壓。

要注意,使用3V的電壓,MCU耗電量是遠超過2V的,可是幹的事並沒有比較多,既然2V就會動,那多耗的電不就是浪費了嗎?電池最有電的區間就浪費在這個地方,如此是會大量削減掉電池使用時間的。

所以在MCU的電源腳位(VCC)串上一個二極體,是可以成功的降低工作電壓的。

如圖,125kHz頻率,3V工作耗電約300uA2.4V約220uA

3.0V工作耗電量3.0V*300uA=0.9mW

2.4V工作耗電量2.4V*220uA=0.528mW

二極體耗損:0.6V*220uA=0.132mW

所以……

原耗電=0.9mW

改良後=0.528mW+0.132mW=0.66mW

實際上,如此做的效果還會比數字計算出的更好,我的經驗告訴我少0.6V可以差上一倍以上,尤其是低電流運作(uA等級)。

MCU內除了CPU核心外,還有一些奇奇怪怪的周邊,電壓對耗電流是類似exp的曲線,曲線前端是平行的,但到後端差距就大了。

要特別注意如Brouwn out等有參考電壓(voltage reference)的周邊,參考電壓的耗電是很驚人的。

加二極體這招目的在使用最簡單的方法來增加1/3以上的時間,當然使用switching power也可以,只不過成本不太成比例,同時也麻煩。

不過要注意,電池是會越來越沒電的,不要降到都不會動了,那種省電就白省了。

( 知識學習科學百科 )
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引用
引用網址:https://classic-blog.udn.com/article/trackback.jsp?uid=cchahacaptain&aid=2146410

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yukoo
suggestion
2008/10/28 12:41

一般都會用DC-DC converter將鋰電池的電壓降到晶片所需電壓

這樣會更有效率喲。。。目前的DC-DC converter晶片一般轉換效率都有九成以上

只要負載不要太大的話。。。一點意見...

彼得鄧(cchahacaptain) 於 2008-11-04 15:56 回覆:

謝謝您寶貴的意見!

說實話,電源設計我真的外行,可是電源設計真的非常重要,好的設計不但能提供穩定的電源,還可以解決EMI的問題,當然功率因子也是一個重要的課題。

電源真的是一門很深學問。