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TI升降压转换器 助智慧电表延长流量计电池寿命
 

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 报导】   2020年09月10日 星期四

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水表和瓦斯表乃利用锂锰电池(LiMnO2)和锂亚电池(LiSOCl2)作为能源。锂亚电池常用於智慧电表,因为相较於锂锰电池,它能提供更高的能源密度和每瓦发电成本效率。不过锂亚电池的脉冲反应较弱,瞬态电流负载期间可能导致电压大幅下降。

TPS63900解决方案的面积
TPS63900解决方案的面积

利用混合层电容器(HLC)或双电层电容器(electric double-layer capacitors)之类的缓冲元件结合锂亚电池,就能改善脉冲负载功能,但结合多层电容器和锂亚电池若要可靠,代价高昂可能影响电表的整体成本。由於电池也会影响电表的维修需求和寿命,结合升降压转换器和锂亚电池的替代作法将有助於降低解决方案整体成本,同时延长电表寿命。

德州仪器首席应用工程师、科技会委员Eric Djakam提出延长流量计电池寿命的5种最隹作法,结合升降压转换器和锂亚电池让电池寿命极大化,同时降低整体的维修与成本需求。但首先我们要检视几个在设计方面常见的问题。

Eric Djakam指出,智慧电表系统通常包含5个关键元素,包括计量前端、通讯前端、微控制器(MCU)、电源管理IC和防护前端。除了这些必备条件,水表通常外型尺寸较小,且必须能在维修需求极低的条件下於现场运转超过15年。

因此,他表示,为协助延长电池寿命并提高智慧电表设计的效能,可考虑下列5种最隹作法。

作法1:限制来自电池的尖峰电流

由於锂亚电池通常并不支援智慧电表中无线电通讯系统所必备的高动态范围设定。克服这个问题的方法之一,就是使用TPS63900升降压转换器搭配一个缓冲元件来过滤电池电流。

作法2:让输出和输入电压位准各自独立

采取独立电压位准可优化来自电池的输入电流曲线,和提供负载的输出电流。这种作法还能简化输入和输出之间缓冲元件的使用。

作法3:使用低运作电流且待机电流低於500nA的转换器

为优化系统的电源使用,相较於系统的电流消耗,转换器的平均电流消耗量必须在可以忽略的范围内。举例来说,若流量计的平均电流消耗约为5μA,转换器的待机电流就要低於500 nA。

作法4:保持供电系统电压越低越好

把系统视为一个由转换器供电的电阻的话,供电电压维持低档,就能减少系统消耗的待机电流。

作法5:以动态电压调整来优化每个运转模式的电压负载

TPS63900的动态电压调整功能让转换器可以迅速改变输出电压,进而在最隹作业点为负载供电。

在这些条件下测量的负载瞬态,可得到158μA、999ms到97.4mA,以及1ms,Vi=3.6V,Vo =3.0V且Co=300μF的结果。Eric Djakam解释,TPS63900把超低待机电流消耗、优异的瞬态反应、输出杂讯位准和动态电压调整功能,整合到一个封装尺寸2.5mmx2.5mm或21mm2的完全解决方案,它能帮助解决使用锂亚电池时所遭遇的各种挑战,不像过去长期以来只能屈就复杂且成本昂贵的传统作法。

關鍵字: TI 
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