如何延長(zhǎng)流量計(jì)電池的使用壽命

流量計(jì)使用鋰二氧化錳 (LiMnO2) 和鋰亞硫酰氯 (LiSOCl2) 電池供電。與 LiMnO2電池相比 LiSOCl2 電池可實(shí)現(xiàn)更高的能量密度和更出色的每瓦成本比，因此普遍用于流量計(jì)。但是，LiSOCI2 電池的脈沖響應(yīng)較差，這會(huì)導(dǎo)致瞬態(tài)電流負(fù)載期間電壓大幅下降。

可以將混合層電容器 (HLC) 或雙電層電容器等緩沖元件與 LiSOCl2 電池組合使用以提高其脈沖負(fù)載能力，但 HLC 和 LiSOCl2電池的可靠組合成本高昂，并且會(huì)影響儀表的總成本。由于電池對(duì)流量計(jì)的維護(hù)要求和壽命也有影響，因此將降壓/升壓轉(zhuǎn)換器與 LiSOCl2電池相結(jié)合的替代方法有助于降低整體解決方案成本并延長(zhǎng)流量計(jì)的使用壽命。

本文將介紹使用降壓/升壓轉(zhuǎn)換器和 LiSOCI2電池時(shí)的五個(gè)優(yōu)秀實(shí)踐，以更大限度地延長(zhǎng)電池壽命并降低總體維護(hù)和成本要求。首先，我們討論一些常見(jiàn)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

設(shè)計(jì)智能流量計(jì)系統(tǒng)時(shí)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)難題

典型的流量計(jì)系統(tǒng)包含五個(gè)重要組成部分：計(jì)量前端、通信前端、微控制器 (MCU)、電源管理集成電路和保護(hù)前端。

除了這些要求外，流量計(jì)通常外形小巧，必須在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行 15 年以上，且維護(hù)成本應(yīng)盡可能低。

典型流量計(jì)的功耗概況

表 1 列出了標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的功耗概況，分為三種工作模式。

表 1：標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的功耗概況

借助降壓/升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)流量計(jì)的優(yōu)秀實(shí)踐

為了幫助延長(zhǎng)智能流量計(jì)設(shè)計(jì)的電池壽命和性能，請(qǐng)考慮采用以下五個(gè)優(yōu)秀實(shí)踐。

優(yōu)秀實(shí)踐 1：限制電池提供的峰值電流

如圖 1（取自 SAFT LS17330 電池的數(shù)據(jù)表）中所示，LiSOCl2 電池通常不支持智能流量計(jì)中使用的無(wú)線電通信系統(tǒng)所需的高動(dòng)態(tài)范圍曲線。解決這個(gè)問(wèn)題的一種方法是使用 TPS63900 降壓/升壓轉(zhuǎn)換器和一個(gè)緩沖元件來(lái)過(guò)濾電池電流。

圖 1：+20°C 下的 SAFT LS17330 典型放電曲線

優(yōu)秀實(shí)踐 2：使輸出和輸入電壓電平保持獨(dú)立

實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的電壓電平可優(yōu)化從電池汲取的輸入電流曲線以及提供給負(fù)載的輸出電流。這種做法還簡(jiǎn)化了輸入和輸出之間緩沖元件的使用。

優(yōu)秀實(shí)踐 3：使用工作電流較低

且待機(jī)電流低于 500nA 的轉(zhuǎn)換器

為了優(yōu)化系統(tǒng)的能源使用，轉(zhuǎn)換器的平均電流消耗與系統(tǒng)的電流消耗相比必須可以忽略不計(jì)。例如，如果流量計(jì)的平均電流消耗約為5μA，則轉(zhuǎn)換器的待機(jī)電流應(yīng)低于500nA。

優(yōu)秀實(shí)踐 4：盡可能降低電源系統(tǒng)的電壓

將系統(tǒng)視為由轉(zhuǎn)換器供電的電阻。保持低電源電壓可以減少系統(tǒng)消耗的待機(jī)電流。

優(yōu)秀實(shí)踐 5：通過(guò)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)優(yōu)化

每種工作模式的電壓負(fù)載

如圖 2 所示，TPS63900 的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)功能使轉(zhuǎn)換器能夠動(dòng)態(tài)改變其輸出電壓，從而在理想工作點(diǎn)為負(fù)載供電。

圖 2：基于 TPS63900 的電池前端

測(cè)量數(shù)據(jù)

在以下條件下進(jìn)行負(fù)載瞬態(tài)測(cè)量：

待機(jī)電流 (Iout)：999ms 內(nèi)為 158μA

活動(dòng)電流 (Iout)：1ms 內(nèi)為 97.4mA

輸入電壓 (Vin)：3.6V

輸出電壓：3.0V

輸出電容：300μF

如圖 3 和圖 4 所示，TPS63900 能夠過(guò)濾從電池汲取的輸入電流，同時(shí)保持出色的效率和對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。

圖 3：TPS63900 的脈沖響應(yīng)

圖 4：TPS63900 在輸入電壓為 3.6V 時(shí)的效率

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在 2.5mm x 2.5mm 封裝或 21mm2總解決方案尺寸中結(jié)合超低待機(jī)電流消耗、出色的瞬態(tài)響應(yīng)、輸出噪聲水平和動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)，TPS63900 可幫助解決使用 LiSOCl2 電池時(shí)遇到的難題，以及傳統(tǒng)的更復(fù)雜高成本方法在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都無(wú)法解決的難題。

圖 5：TPS63900 解決方案面積

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原文標(biāo)題：技術(shù)干貨 | 延長(zhǎng)流量計(jì)電池壽命的5個(gè)優(yōu)秀實(shí)踐

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審核編輯:湯梓紅