可携式产品使用电池做为主要电源供应来源，以下是设计工程师常见的几个错误观念，这些观念大部分是由使用者角度设想的观察结果。事实上，许多产品在导入各项新兴科技后，却仍为了一些简单的理由，例如电池续航力不足等而让使用者感到失望，虽然在某些情况下有些问题无法避免，但大部份的原因却都是因为在设计上没有仔细思考相关问题以及它们所引发的结果所造成。

为什么不使用AAA或9V电池

AAA与9V碱性电晶体收音机电池在与AA电池比较时事实上有许多缺点，两者的输出阻抗表现都相当差，同时它们有限的容量还会因负载满载时的耗损提升而让情况变得更糟，从常见制造商所提供规格来看，AA电池的容量大约为AAA的2.5倍，因此除非受到机构设计的限制，我们应该要避免使用AAA电池，虽然AAA电池的体积明显小于AA电池，但我们却经常看到它们被应用在一些事实上可以善用空间转而使用较大电池的应用上。

9V电晶体收音机电池由于能够让5V系统直接透过廉价的线性稳压器取得电源而拥有一些优势，同时对较低电流的负载来说，9V电池的容量可以与AA电池相抗衡，不过由于9V电池是由六个小型的电池串联封装组成，因此输出电阻较高，同时容量也容易受到负载电流的影响，这对电池每半年更换一次的烟雾侦测器来说或许还算可以，但对于较高负载的应用，需要时常更换电池将会造成使用者的困扰，同时电池本身较差的输出电阻特性也会让问题变得更加复杂，另一方面，在比较AA与9V电池的容量时，还必须谨记，对消费者来说，9V电池的成本大约是AA电池的四倍之多。

由于新型低成本直流─直流转换器的推出，目前已经相当容易能够由两颗AA电池产生高效率的5V电源，如(图一)所示，图中的电路包含了已经整合到晶片中的电池反向保护功能，同时采用的连线方式在与使用9V电池时比较，可以将更换电池的时间延长为两倍，同时让使用者的运作成本降低到只有1/4。

《图一 低成本直流─直流转换器电路图》

＜图注：该元件可以将两颗AA电池转换为5V输出，内建电池反向保护功能同时转换效率可达90％的6-pin SOT包装元件，与9V电池比较，这样的组合可以延长电池更换时间达2倍，同时让使用者的运作成本降低到只有1/4。 ＞

无停机负载电流

碱性电池由于拥有相当低的自体放电（self-discharge）速率以及不需充电或使用交流变压器的较低导入成本而拥有卓越的优势，在电源功率需求较低的场合，碱性电池可以是个良好的选择，不过却必须谨慎使用，并且将静态负载或待机电流尽量降低。常见的电源系统设计错误主要在于只专注于产品的运作效率而忽略了待机或休眠状态下的耗电，就算只有几十mA的电流浪费都会消耗电池，造成间歇式使用的产品必须要经常更换电池，更进一步来说，这样的设计错误情况比几年前更加常见，主要原因是目前大量使用的软体​​控制开关方式几乎已经完全取代以往能够完全将电池断开的机械式开关。

透过软体控制开关的使用，系统可以随时保持待命并进入一个理想上耗电较低，只执行开关按键扫描的状态，这样的系统设计由于CMOS逻辑电路的静态电流消耗接近于0而可能拥有较佳的待机电流表现，但真实的情况是，这些系统因为粗心的设计使得提升电阻持续消耗电流或没有真正地移除系统中某些没有运作部分电路的电源而造成电池电力的持续消耗，基本上这类系统的待机耗电不应该超过几个mA，甚至是采用一或两颗AA电池的设计应用，虽然其中升压式直流─直流转换器必须随时运作以维持电源，却都可以将耗电控制在低于2uA的位准。

没有加上采OR连接的二极体

这个产业需要一个只有10mV前向压降，并且没有反向泄漏的二极体，到目前为止，前向压降大约在300到500mV之间的萧特基二极体可以说是现有的最佳选择，不幸的是，在许多电压选择设计上，萧特基的表现还不够好，但是如果采用最新最好的高效率电压转换器，却让省下的电力消耗在二极体的前向压降上，基本上没有什么意义。如果尽量保持电池能量是低电压系统设计的优先考量，那么就应该采用功率MOSFET开关来取代二极体，以导通电阻只有数十mΩ的SOT封装元件来说，相对于可携式产品的耗电，MOSFET本身的前向压降就变得可以被忽略。

要决定是否在电源控管上采用MOSFET主要在于将二极体或MOSFET的压降与电池的电压比较，并将其比值视为效率上的耗损，如果使用前向压降为350mV的萧特基二极体来控制通常电压为3.6V的锂离子电池输出，那么耗损约为9.7％，而对通常为2.7V的两颗AA电池来说，耗损就会提高到13％，在低成本的设计上，这些耗损可能可以被接受，但相对于已经使用转换效率较高直流─直流转换器所投下的成本来说，就必须考虑由二极体改换成MOSFET做为电源管控所带来的13％或9％效率改善。

在部分场合下，控管二极体与MOSFET开关的使用可以经由细心的系统设计予以避免，以(图二)为例，系统的电源可以由单一AA电池与USB输入切换提供而不需使用MOSFET开关，当USB电源插上时，AA电池就会自动停止耗电。 MAX1675升压式转换器的关机（shutdow；SSDNn）输入接脚在连上USB电源时不需启动就能自动停止AA电池的消耗，原因是LDO元件会将本来的3V电压提升为3.3V输出，让升压式转换器自动停止对电池进行耗电。

《图二 控管二极管与MOSFET开关》

＜图注：在一个AA电池与USB电源之间切换电源的动作可以在没有二极体耗损或MOSFET的情况下达成，LDO元件会在USB电源插入时将输出拉升到3.3V，让升压式转换器自动停止对电池进行耗电。 ＞

没有10 k提升电阻

大部分的可携式产品，如PDA、数位相机等由于相当复杂，因此在设计时大都会分散给许多工程团队来合作完成，这些团队分别将注意力放在各自的目标上，因此可能无法完全考虑到设计上其他部分的影响，大部分的数位式设计都包含有提升电阻，各自分开来说，流经提升电阻的电流看起来好像并不会对电源功率消耗造成太大的影响，但拥有较大数量提升电阻的系统则会浪费许多的电池电力，在许多情况下，可以透过使用在两种状态下都能有效动作的逻辑电路来移除提升电阻，甚至在一定需要加上提升电阻时，如果不需考虑速度，还可以将阻值增加到1MΩ甚至更高，总括来说，需要特别考虑提升电阻使用时的最常见状态，例如是高阻抗或消耗电流等，并将提升电阻上的电流降到最低可能值，也就是使用最高可能的电阻值。

无铁芯60Hz交流变压器

基本上这并不属于电池的问题，但却与规格有重大的关系，由可携式设备使用者的眼光来看，如果一个强调轻薄短小的可携式产品配备了体积庞大而且笨重的交流变压器，那么一定会让人对产品的观感大打折扣，因此制造商必须要避免犯下这类相互冲突的错误。

目前小型化且重量轻的切换式交流变压器已经相当普遍，虽然成本会比传统采用铁芯的60Hz变压器要高，但对提升消费者对产品的观感却有大幅帮助。

使用正确的电池

所有的可携式设备都存在着使用者的固定操作习惯，客户的满意度通常也会与产品是否符合或牴触习惯的使用模式而受到影响，例如一个产品让使用者需要时常注意电池的状况就变得相当不方便，较佳的产品设计通常会透过少次数的电池更换，例如电视遥控器，以及充电或者是非侵入式的充电方式，例如电动牙刷等，让使用者几乎忘了电池的存在，因此在选择电池时，应该要依电池的特性，例如常见的碱性、镍氢或锂离子电池等选择以符合产品的使用习惯，让客户不再被迫要注意电池的情况，而是将注意力放在设备本来的功能上。

前面提到，碱性电池不可充电，但却拥有超低的自体放电速率与不需充电器或交流电源变压器的低导入成本特性，如果功率需求较低，碱性电池可以是个相当良好的选择，但当工作负载超过碱性电池所能负荷时，就需要可充电电池，这时所需注重的就是要如何让可充电电池尽可能地不要影响设备的功能。

在两种主要的可充电电池选择上，包括镍氢与锂离子电池等，镍氢电池的低成本在产品的使用习惯对电池影响不大时较为适用，特别是对无法负担复杂充电功能的低价产品来说特别重要。镍氢电池较适合使用在完全充放电的应用上，因此最适用于经常会将电力耗尽的场合，例如电动工具等，其他有时也适合使用镍氢电池的情况则是作为碱性电池的替代品，也就是会将电池从设备上移开并使用外部充电器充电的场合，这在数位相机上较为普遍，但还是会造成需要使用者注意的缺点，另一方面，行动电话这类产品基本上并不适合完全充放电的使用模式，因为行动电话通常会有固定的充电时间，例如每天晚上，但在放电使用上却不一定，因此这类产品就需要锂离子电池所拥有的较高电力与单位重量比、低自体放电速率以及较短的充放电周期，以便让消费者不需太注重所谓的电池管理而是简单地将焦点放在产品上。

不要忽视旁路设计，特别是在低电压应用时

低电压电池系统通常会整合升压式转换器来提供系统电源，这些转换器会由电池取得固定的电力，因此当电池电压下滑时，输入电流就会上升，让电源电阻所造成的问题更加恶化，除此之外，直流─直流转换器会以脉冲形式由输入源取得电力，甚至是在负载固定时，这样的动态负载会将因电池电阻以及其他造成输入电阻提升的耗损累加，由于电阻上的耗损正比于电流的平方，因此负载在尖峰时会比持续运作下更浪费功率，这也就是为什么采用电容的电池旁路设计对包含直流─直流转换器的系统来说是那么地重要，如果流经输入电阻的电流可以尽可能地转变为直流形式，那么节省的电池电力消耗将可高达5％。

不必害怕停止运作（dropout）

电池当然并不完美，同时在放电过程也会有大幅的电压变化，例如锂离子电池的电压会由4.2V降低到2.7V，因此当用来产生3.3V输出时，一开始可能会认为一定需要在低电压时提升电池电压，但大部分的升降压式（Buck-Boost）电源会提高系统的成本，但却还是因为整体效率不能达到较简单降压式直流─直流转换器的水准而可能无法真正延长电池的使用时间，因此在只使用降压式转换的设计上，问题就变成电池电压降到几V时还可以维持运作，可允许的运作电池电压越低，有效的使用时间就越长，当稳压器的输出入相当接近时，稳压器​​就可以视为在停止运作状态，在过去，停止运作状态通常被认为是不佳而且需要加以避免的情况，但在考虑到简单降压设计所带来的成本优势后，就会让考虑系统真正可忍受最低运作电压的努力变得更有价值。

许多现代的LDO与降压式直流─直流转换器在设计上是以在停止运作状态下不会造成不良效应的方式运作，这可以让电池以最低可能的电压运作，同时能够由电池取得最大的可用电力，这个设计的主要限制来自于最低可行的系统逻辑电压以及LDO或直流─直流转换器的停止运作状态的规格，在大部分的3.3V系统上，逻辑元件通常可以允许+/-5％，甚至10％的容忍范围，这代表5％系统的最低工作电压为3.15V，如果系统不是以最高的速率运作，那么最低可运作电压还可能降得更低。

不要忽略电池盖设计

同样地，这也和电池技术本身无关，但对消费者来说却是个重要的问题，同时也是许多产品的弱点，如果需要经常更换电池，那么电池盖的设计就必须能够忍受多次的使用而不会损坏，进一步来说，也应该要容易使用，对各种设计的要求标准通常会受到电池更换频率的影响，特别是数位相机等镍氢电池会在外部充电并且需要经常替换的场合。

精确的电池计量并非浪费成本

对精确计量需求特别高的应该是那些通常不会在单次使用中完全放电的产品，虽然这对几乎所有以电池做为主要运作电源的产品来说都可适用，但对数位相机、行动电话与PDA等则更形重要，特别是相机由于使用的时间不定，因此相当容易造成无法追踪电池电力状态的情况，但在使用时却又相当注重电力，因此如果没有良好的电池计量设计，数位相机就可能会面临电力耗尽的危险，更有可能是在最重要的时刻，例如拍摄重要照片时造成问题。

大部分的便携式设备设计工程师由于不认为电力使用计量是消费者注重的功能，因而通常不愿意在上面花费较大的成本，这样的想法基本上是有瑕疵的，原因是就算目前市场上已经有许多采用电池做为主要电源的设备，但消费者通常还是无法真正了解他们所能期待的规格，因此无法看到精确使用计量的优势，再加上许多现有的使用计量设计不良，无法真正正常工作，模糊了市场的观感，更造成消费者对电池计量的不良印象，事实上这个情况可以被改变，因为目前市场上已经有一些成本低到足以为可携式设备带来更多加值功能的整合式解决方案，其中之一为(图三)中的DS2751，这个元件包含一个内部电流感测电阻，2uA的待机电流，同时还可以透过1-wire串列介面与系统进行沟通。 （作者为Maxim Integrated Product资深科学家）

《图三 单芯片电池电力计量组件架构》