電池基電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

電池基系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在蜂窩電話、PDA游戲機(jī)、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。這些系統(tǒng)需要有效的電源管理以便使設(shè)備尺寸和電池壽命最佳化。

　　電池基電源管理系統(tǒng)包括電池和為系統(tǒng)提供電源的穩(wěn)壓電路。主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)包括：

　　性能和充電時(shí)間間隔指標(biāo)，要通過(guò)有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使電池尺寸最小、重量最輕。

　　在寬輸入電壓范圍內(nèi)提供合適的穩(wěn)定輸出電壓，在電池電壓下降時(shí)電池基系統(tǒng)能正常地工作。

　　要求電源管理系統(tǒng)減小印刷電路板大小。

　　功率管理系統(tǒng)最小熱耗，應(yīng)消除復(fù)雜的熱管理，熱管理會(huì)增加重量和成本。

　　電源管理系統(tǒng)最佳化的電路布線，應(yīng)避免電磁干擾。

　　高可靠性的電源管理系統(tǒng)。

　　電池選擇

　　為了滿足上述的設(shè)計(jì)目標(biāo)，電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從電池開(kāi)始。電池類型有一次電池（或非重新充電電池）和可重新充電電池。

　　一些流行的可重新充電電池包括：

　　鎳鎘（NiCd）電池具有壽命長(zhǎng)，高放電率和價(jià)格便宜。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單的充電特性，能經(jīng)受多次充電/放電。

　　鎳氫（NiMH）電池：與NiCd電池比具有較高能量密度，但是要以降低壽命為代價(jià)，其能量密度比NiCd高30%~40%。NiMH儲(chǔ)存效應(yīng)比較小。充電時(shí)，NiMH采用更復(fù)雜的充電算法并消耗一些熱量，因此，所需的充電時(shí)間比NiCd長(zhǎng)。

　　鋰離子（Li-ion）電池：具有高能量密度而且重量輕。當(dāng)今鋰電池以單位重量的最大電化學(xué)勢(shì)能和最高能量密度而處于電池的中心位置。鋰離子電池是安全的，它在充電和放電時(shí)能提供一定的安全措施。其能量密度是標(biāo)準(zhǔn)NiCd電池的2倍。另外，它具有高容量，其負(fù)載特性是相當(dāng)好的，放電特性類似于NiCd。它相當(dāng)高的電池電壓（2.7~4.2V）使得很多Li-ion電池組只有一個(gè)電池組成。壽命為300充電/放電周期，在500周期為50%容量。然而，Li-ion電池需要保護(hù)電路，保護(hù)電路在充電期間限制每個(gè)電池的峰值電壓，并阻止放電時(shí)電壓下降太低。保護(hù)電路不僅限制最大充電和放電電流，而且監(jiān)控電池溫度。在處理和測(cè)試Li-ion電池時(shí)應(yīng)小心短路、過(guò)充電、壓碎、敲擊、損壞、穿入、反向極性、暴露在高溫或折開(kāi)電池。

　　只用帶設(shè)計(jì)有保護(hù)電路的Li-ion電池。

　　電池（battery）指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間。隨著科技的進(jìn)步，電池泛指能產(chǎn)生電能的小型裝置。如太陽(yáng)能電池。電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢(shì)、容量、比能量和電阻。

　　電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢(shì)、容量、比能量和電阻。電動(dòng)勢(shì)等于單位正電荷由負(fù)極通過(guò)電池內(nèi)部移到正極時(shí)，電池非靜電力（化學(xué)力）所做的功。電動(dòng)勢(shì)取決于電極材料的化學(xué)性質(zhì)，與電池的大小無(wú)關(guān)。電池所能輸出的總電荷量為電池的容量，通常用安培小時(shí)作單位。在電池反應(yīng)中，1千克反應(yīng)物質(zhì)所產(chǎn)生的電能稱為電池的理論比能量。電池的實(shí)際比能量要比理論比能量小。因?yàn)殡姵刂械姆磻?yīng)物并不全按電池反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)電池內(nèi)阻也要引起電動(dòng)勢(shì)降，因此常把比能量高的電池稱做高能電池。電池的面積越大，其內(nèi)阻越小。

　　電池的能量?jī)?chǔ)存有限，電池所能輸出的總電荷量叫做它的容量，通常用安培小時(shí)作單位，它也是電池的一個(gè)性能參數(shù)。電池的容量與電極物質(zhì)的數(shù)量有關(guān)，即與電極的體積有關(guān)。

　　實(shí)用的化學(xué)電池可以分成兩個(gè)基本類型：原電池與蓄電池。原電池制成后即可以產(chǎn)生電流，但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱為二次電池，使用前須先進(jìn)行充電，充電后可放電使用，放電完畢后還可以充電再用。蓄電池充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能；放電時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的。

　　鋰聚合物（Li-Pol）電池：能量密度與Li-ion電池類似，但使用較安全，并且有較好的封裝靈活性。Li-Pol電池與Li-ion不同的地方是制造堅(jiān)固性、安全性和薄外形幾何形狀。不像Li-ion電池那樣，不存在易燃性的危險(xiǎn)。因?yàn)長(zhǎng)i-Pol的電極是疊層式的。

　　一些電池組包含一個(gè)集成IC保護(hù)電路。此IC防止可能導(dǎo)致過(guò)熱的大電流。鋰離子電池組中的電池需要單獨(dú)的電壓監(jiān)控。串聯(lián)連接的電池越多，其保護(hù)電路就越復(fù)雜。注意：不要放電低于2.5V的鋰基電池，不然，就切斷電池的保護(hù)電路。

　　所有的電池都會(huì)自放電。自放電對(duì)于鎳基電池是最顯著的。通常在充電之后的第一個(gè)24小時(shí)，鎳基電池放電其容量的10%~15%，其后的放電率是每月10%~15%。Li-ion自放電在第一個(gè)24小時(shí)大約為5%，其后為1%~2%。