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延迟可穿着配置寿命的电池办理方案

2019-4-9 18:06| 发布者: 千喜宝宝| 查看: 57| 评论: 0

摘要:   在快速成长的步履运算市场中,制造商互相间角逐市占率的竞争长短常剧烈的。竞争的关头点之一是电池寿命─包孕体系每次充完电的续航力可声援几何的应用;以及在产品寿命期内,每一次的充电周期是否皆能供给同等的 ...

  在快速成长的步履运算市场中,制造商互相间角逐市占率的竞争长短常剧烈的。竞争的关头点之一是电池寿命─包孕体系每次充完电的续航力可声援几何的应用;以及在产品寿命期内,每一次的充电周期是否皆能供给同等的体系运作手段(图1) 。

  

  图1 : 电池储能妙技的成长。资料来历:美国电力??研究院(EPRI)

  步履装配的内部运算元件妙技赓续提高,已扩展出极普及的应用领域,从穿着式装配到条记型电脑(图2),然而电池储能妙技的盼望却未能以同样速率前进。不过,制造颐魅者正在操作他们所拥有的妙技试探可行要领,透过电池单元的建构来增进更多的电力。电池设置装备铺排及体系组织的最佳化能??为制造颐魅者供给一条康庄年夜道,以实现更佳的电源效用,以及随之而来更长的电池寿命。

  

  图2 : 左:以MIPS量测的措置惩罚惩罚器手段,授与对数刻度表现右:以Wh/l 为单位的电池能源密度

  当前的一个复杂议题是,今天的微措置惩罚惩罚器及体系单晶片(SoC)元件必要维持在低电压的高电量,导致了高峰值电流的需求增进。最年夜电流的需求时期年夜概很短,可是对付体系每次充电后的续航力,以及集体运作寿命来说影响复杂。

  现今的SoC促使体系计划职员偏向授与高放电率的电池办理方案。这种改进SoC能源效用的驱动力,已成长到能将核心电压低落到1V以下或更低。一样平常来说,假若输入和输出电压比低,则在装配内认真供给负载点(point-of-load)电力的降压转换器的效用会升高,这样看来,低电压电池设置装备铺排的电力丧失踪仿佛偏低,有助于确保更久的体系运作时刻。然而,较低的电压会导致向电池组吸收高电流。

  一再以高放电率放电会严明损及电池的有效容量,基于慈ナ来因,电池制造商会针对自身的产品提议最年夜放电率,以到达既定的周期寿命。

  若均匀电流量是2A,则电池在经由500个充放电周期后,预期仍能储存其额定容量的95%。若均匀电流量是20A,则有效容量会降至70%,减短了电池的可用寿命。在旧有的计划中,电池凡是是可替代的。然而,为了供给哄骗者更强的续航力,制造商越来越常授与不易改换的嵌入式电池。

  嵌入式电池让制造商能以更多元的方法为产品供给特另外电池容量。一些可折叠式的平板计划将电池内嵌于平板和键盘模组等多处处所,是以供给的总和容量会高于哄骗者可改换的单一电池。云云一来,嵌入式电池办理方案其生命周期内的容量就变得更求助了。

  电池设置装备铺排凡是便是为了到达特定输出电压及峰值电流额定值所举办的电池单元安装。电池单元年夜概授与并联,则峰值电流输出就要乘以并联的电池单元数量。2P(2个电池单元并联)设置装备铺排能有效孕育产生双倍的电流。相反的,如果授与串联,则输出电压会增进,2S(2个电池单元串联)会导致更加的输出电压。有些体系尤其是条记型电脑会授与殽杂设置装备铺排,譬喻3S2P设置装备铺排。较小的体系则凡是授与1S, 2S或3S设置装备铺排。

  对许多计划而言,2P设置装备铺排的锂聚合物电池能声援制造商想要的电池封装选项,也相容于赓续生长的可携式体系的电压,包孕高阶聪明型手机、平板手机、可折叠式平板和条记型电脑等。就条记型电脑而言,比旧式3S及4S设置装备铺排更低的电压,更能相容于今天的核心电压,也灌注贯注电池组的放电率太高。对较梗概积的聪明型手机计划而言,这样的电压有助于确保峰值电流的功耗贯串毗邻在不会损及电池长期容量的领域内,同时也得当今天的超薄诉求。

  虽然聪明型手机计划要求的高电压,看似对制造商必需供给的持久电池寿命形成挑衅,然而只要转变电力供输方法即能有效办理题目。当输入/输出电压比的进步影响了降压转换器的效用,只要透过预调轨范就能将降压电路维持在低损耗,同时相容于2S办理方案的较高电压。

  关头在于坚贞比的电源转换器架构,能将2S电池组的额定电压7.2V 减半至3.6V,且仍在现今降压转换器的有效转换领域内。授与这样的坚贞比转换器,不只是高效用的转换计策,也意谓着用于1S设置装备铺排的降压转换器,可以等闲的为2S电池组的计划再次哄骗,因而加速上市时刻。

  譬喻,在Dialog的DA9312(图2)中的电源转换器,能泛起从极低电流到最年夜10A电流的平坦效用曲线。与既有的降压转换器一路哄骗,虽然特另外电压转换会造成些微的分外丧失踪,但能经过2S电池组内多重低压降压转换器的运作而得到补偿,电池寿命不会受损。

  

  图3 : DA9312方块图

  2S电池组供给的电压能直接声援降压转换器,为USB周边装配以及有较高电压需求的介面供电,这类电压高于核心逻辑所需的电压,以相容于周边电路的电压。像DA9312这样的元件便丰裕阐扬了2S设置装备铺排的这个特征,整合两个降压转换器,并搭配功率FETs更为完备。

  为了声援这些较高电压的介面的高峰值容量,可以授与一种双相(dual-phase)计策,将这两个降压转换器视为一组来运作。除了由电源转换器供给应外部核心逻辑降压转换器或体系PMIC(电源治理IC)的10A外,这种双向拓璞还能让峰值电流到达10A。

  功效便是集体体积更小的电源治理方案,并且能在同一个封装中实施多重电压转换器的成果。现今的计划中,印刷电路板(PCB)面积有很高的比例是分配给电源治理。近来有些计划中会到达PCB的40%,重要归因于SoC元件的连气儿整合。透过超高整合度的SoC,PCB本身已有缩小,能挪出更多的空间给电池。依循着不异的SoC趋势,电源治理电路本身也在缩小,为更年夜的电池容量供给了更多年夜概性。

  DA9312授与此种电压转换器拓朴的进一步上风,是能在没有外部电感、唯有电容的情形下运作。不只节约电板空间,也增强体系制造商供给超薄产品的手段。绕线电感由于占体积,很难应用于超薄外不美观。另一方面,电容无论在尺寸和外形方面都能供给更多的弹性。授与高交流频率,譬喻两个降压转换器所哄骗的1.5MHz,则外部的被动元件能进一步微缩,节约PCB面积。晶片级封装的严密布线性子也有助于镌汰PCB面积的占用。

  转而授与2S电池组以及由DA9312实现的高整合电压转换计策,不只是PCB面积,包孕元件数目及PCB高度都能较既有的星散式办理方案缩减一半。这种要领表现了将电源效用的生命周期纳入考量,以及同时最佳化电源治理晶片及电池架构所能带来的所长。

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