電池供電DC/DC轉換器選擇技巧
發布時間:2008-10-14 來源:International Power公司
中心論題:
- 蓄電池和電池供電要求。
- 電池和蓄電池使用時的環境因素。
- 高效的雙軌穩壓電源介紹。
- SMD 係列的開關穩壓器不需要散熱器減小元件尺寸。
- 在補償輸入端接一個外部電阻器實現在 ±50% 範圍內調整額定輸出電壓。
- 微控製器將轉換器置於備用模式下大大降低供耗。
與通用電源供電的應用場合不同,用蓄電池和電池供電時,對直流 / 直流轉換器有些額外的要求。首先要求效率非常高、備用情況下剩餘電流低、機殼尺寸也要很小。直流 /直流轉換器中不需要電隔離,因為電池本身就是隔離的電源, Recom 的 R-78 係列開關穩壓器很適合此類應用。
另(ling)一(yi)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)是(shi)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)。蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)壓(ya)總(zong)是(shi)要(yao)比(bi)正(zheng)常(chang)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)高(gao),而(er)且(qie)剛(gang)充(chong)完(wan)的(de)電(dian)池(chi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)會(hui)比(bi)標(biao)準(zhun)值(zhi)高(gao)。這(zhe)就(jiu)是(shi)說(shuo),在(zai)確(que)定(ding)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)條(tiao)件(jian)時(shi),即(ji)使(shi)電(dian)池(chi)沒(mei)有(you)就(jiu)地(di)充(chong)電(dian),也(ye)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)到(dao)充(chong)滿(man)電(dian)時(shi)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)壓(ya)。在(zai)放(fang)電(dian)周(zhou)期(qi)的(de)末(mo)段(duan),隨(sui)著(zhe)電(dian)池(chi)元(yuan)件(jian)耗(hao)完(wan)電(dian)並(bing)停(ting)止(zhi)供(gong)電(dian),電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)會(hui)急(ji)劇(ju)下(xia)降(jiang),因(yin)此(ci),蓄(xu)電(dian)池(chi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)會(hui)每(mei)次(ci)很(hen)快(kuai)地(di)降(jiang)低(di)一(yi)個(ge)電(dian)池(chi)元(yuan)件(jian)的(de)單(dan)位(wei)電(dian)壓(ya)。如(ru)果(guo)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)低(di)限(xian)不(bu)高(gao),蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)剩(sheng)餘(yu)電(dian)能(neng)仍(reng)可(ke)繼(ji)續(xu)使(shi)用(yong)。
由於電池和蓄電池經常在無控製的環境中使用,所以必須考慮環境因素。係統必須密閉在一個防塵、水(shui)密(mi)的(de)機(ji)殼(ke)裏(li)。內(nei)部(bu)元(yuan)件(jian)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)不(bu)太(tai)容(rong)易(yi)散(san)發(fa)出(chu)去(qu),而(er)散(san)熱(re)器(qi)並(bing)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu),因(yin)為(wei)在(zai)機(ji)殼(ke)內(nei)空(kong)氣(qi)流(liu)通(tong)很(hen)差(cha)。最(zui)好(hao)首(shou)先(xian)就(jiu)避(bi)免(mian)產(chan)生(sheng)熱(re)量(liang),而(er)不(bu)是(shi)增(zeng)加(jia)複(fu)雜(za)性(xing)、成(cheng)本(ben)和(he)重(zhong)量(liang),以(yi)此(ci)來(lai)讓(rang)廢(fei)熱(re)從(cong)密(mi)封(feng)的(de)機(ji)殼(ke)裏(li)散(san)發(fa)出(chu)去(qu)。換(huan)流(liu)效(xiao)率(lv)哪(na)怕(pa)隻(zhi)降(jiang)低(di)很(hen)小(xiao)的(de)一(yi)點(dian)都(dou)會(hui)導(dao)致(zhi)出(chu)現(xian)過(guo)熱(re)問(wen)題(ti),所(suo)以(yi),經(jing)常(chang)要(yao)求(qiu)效(xiao)率(lv)達(da)到(dao) 95% 以上。由於低功率轉換器的典型效率約為 80% ,所以在應用中隻有絕對必須的情況下才可以使用隔離的轉換器,而開關穩壓器本質上是一種低損耗設備,效率可達 97% 。
在使用電池和蓄電器的場合幾乎總是要求元件尺寸要小,這裏 SMD 係列的開關穩壓器非常適合。由於它效率高,所以不需要散熱器。在標準配置中,不需要有額外的外部元件。在補償輸入( TRIM INPUT )端接一個外部電阻器,就可以在 ±50% 範圍內調整額定輸出電壓。遠程開 / 關功能對於蓄電池或電池供電的應用場合也很有用。通過一個外部信號(例如微控製器)可將轉換器置於備用模式下,從而大大降低供耗。備用狀態下開關穩壓器耗電為 20µA ,大約相當於蓄電池的自放電電流。
在許多應用中(如采用傳感器的應用場合),需要另外有一個負(供電)軌,它所需電流一般比正供電軌小。迄今為止,常見的解決辦法是使用一個帶有雙輸出的隔離的直流 /直流轉換器。即使不需要隔離,由於電負荷不對稱,效率相對會低一些,這也會產生前麵所說的過熱問題。下麵的應用中演示了如何用 Recom 的開關穩壓器產生負和正雙軌的輸出, 圖 1 顯示了用正電壓產生負電壓的基本應用圖。
表 1 顯示了標準輸出和負輸出模式下 R-78xx 開關穩壓器的管腳輸出。兩個輸出極性的運行模式不同,因此電參數也不相同。即便如此,仍有可能達到 91% 的效率,這使它比隔離的轉換器相比很有優勢。可通過安排基本電路實現幾種不同的電源配置,但最常見的配置是圖 2 所示的高效的雙軌穩壓電源。
根據所需輸出電壓,輸入電壓範圍有可能達到 4:1 ,與標準的隔離轉換器比較,可以節省約 10% 的效率。通過使用這個電路,可以很容易地產生正軌和負軌電壓不相同的非對稱輸出電壓。當然,如果使用 SMD 係列的產品,就可使用輸出電壓補償和開 / 關控製這類的額外功能,使該電路更適合用於蓄電式主電源。

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