【導(dǎo)讀】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，我們討論一些常見的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
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
為了幫助延長智能流量計(jì)設(shè)計(jì)的電池壽命和性能，請考慮采用以下五個(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)緩沖元件來過濾電池電流。
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
一些測量數(shù)據(jù)
●在以下條件下進(jìn)行負(fù)載瞬態(tài)測量：
●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: 3.0 V
●輸出電容：300μF
如圖3和圖4所示，TPS63900能夠過濾從電池汲取的輸入電流，同時(shí)保持出色的效率和對輸出電壓的調(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
通過在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時(shí)間內(nèi)都無法解決的難題。
圖5：TPS63900解決方案面積
（來源：德州儀器）
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