乍看上去負(fù)載開(kāi)關(guān)有多種形式,包括可以用電路的板載邏輯驅(qū)動(dòng)的分立 MOSFET;柵極驅(qū)動(dòng) IC 與分立 FET 相結(jié)合;以及集成控制器、柵極驅(qū)動(dòng)和功率 MOS 器件。 PMOS 器件的高邊開(kāi)關(guān)比 NMOS 器件更容易,盡管對(duì)于給定的器件尺寸和工藝技術(shù),NMOS 在溝道電阻方面具有優(yōu)勢(shì)。
On Semiconductor 提供的 P 溝道 MOSFET 在電氣上類似于 International Rectifier 和 Fairchild Semiconductor 的部件,但安裝在公司的無(wú)引線 ChipFET 封裝中。這些部件的面積為 122×80 mil,與 1206 無(wú)源器件或 TSSOP-6 IC 的面積大致相同。例如,25 美分 (10,000) NTHS5441 是一款 20V、3.9A 器件,具有相當(dāng)?shù)耐ǖ离娮瑁涸?–4.5VV GS時(shí)最大為 55mΩ –2.5V 時(shí)為 83 mΩ。
具有集成功率 FET 的單芯片驅(qū)動(dòng)器提供多種輔助功能,例如固定或可變壓擺率控制、過(guò)流保護(hù)和欠壓鎖定。這些所謂的智能開(kāi)關(guān)通常安裝在比單獨(dú)的 FET 稍大的封裝中,如果我們使用分立器件實(shí)現(xiàn)它們,它們提供的功能往往是“部分”的。但是,與單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器和 FET 不同,使用智能開(kāi)關(guān),我們需要將控制屬性和額定功率正確組合在一個(gè)部件中。
LED 驅(qū)動(dòng)器解決方案利用不同類型的設(shè)計(jì)拓?fù)涮峁┱_的電壓和電流來(lái)驅(qū)動(dòng)和控制各種類型的 LED。器件有許多不同的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)——集成 MOSFET、通信接口和 LDO 將節(jié)省整體系統(tǒng) BOM 成本并減少 PCB 布局。 LED 需要組件來(lái)驅(qū)動(dòng)和控制它們,提供正確的電壓和電流,并且有許多不同的選項(xiàng)可供設(shè)備執(zhí)行此操作 - 集成解決方案通常是最佳選擇。
鋰離子電池對(duì)不良處理很敏感。當(dāng)我們將電池充電至低于制造商定義的裕量時(shí),可能會(huì)發(fā)生火災(zāi)、爆炸和其他危險(xiǎn)情況。 鋰離子電池在正常使用的過(guò)程中,其內(nèi)部進(jìn)行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng)。但在某些條件下,如對(duì)其過(guò)充電、過(guò)放電或過(guò)電流工作時(shí),就很容易會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng);該副反應(yīng)加劇后,會(huì)嚴(yán)重影響電池的性能與使用壽命,并可能產(chǎn)生大量的氣體,使電池內(nèi)部的壓力迅速增大后爆炸起火而導(dǎo)致安全問(wèn)題。
無(wú)論我們的汽車是使用內(nèi)燃機(jī) (ICE),還是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV),甚至是純電動(dòng)汽車 (EV),都可以將其作為基本能源,為我們的家提供一些交流電停電,對(duì)吧?嗯,是的,也不是。
電池組是電動(dòng)工具、踏板車和電動(dòng)汽車 (EV) 等電池供電產(chǎn)品中最昂貴的組件之一。電池組性能極大地影響了電動(dòng)汽車的車輛級(jí)關(guān)心,包括續(xù)航里程、電池組使用壽命和充電時(shí)間,更不用說(shuō)車輛的安全性和可靠性。因此,電池管理成為深入研究和持續(xù)開(kāi)發(fā)工作的主題也就不足為奇了。
由于測(cè)量和控制的復(fù)雜性,包含電池平衡以及電壓和溫度測(cè)量的集成多通道 IC 代表了一種具有成本效益和優(yōu)化的解決方案。這種監(jiān)控和平衡設(shè)備的一個(gè)例子是 STMicroelectronics 的L9963芯片,該芯片支持每個(gè)芯片多達(dá) 14 個(gè)電池和多達(dá) 7 個(gè) NTC 溫度傳感器輸入。
我們的許多常見(jiàn)設(shè)備都使用可充電電池(也稱為“二次”電池),而不是一次性使用的不可充電電池(原電池)。我們預(yù)計(jì)遲早我們需要在某個(gè)時(shí)候更換不可充電電池,假設(shè)整個(gè)單元不是“一次性”的一次性產(chǎn)品(我知道在大多數(shù)情況下這是一件壞事,但有時(shí)它是為產(chǎn)品供電的唯一可行且有效的方式)。但是,使用帶有可充電設(shè)備的產(chǎn)品也很容易讓我們感到舒適,以至于我們很容易忘記,它們的使用壽命也是有限的,這取決于它們可以支持的充電/放電循環(huán)次數(shù),同時(shí)還能提供大部分原始容量。
超級(jí)電容器(也稱為超級(jí)電容器)是相對(duì)較新的無(wú)源設(shè)備基礎(chǔ)技術(shù)創(chuàng)新,第一批產(chǎn)品于 1970 年代上市,并在 1990 年代初得到廣泛使用。在他們開(kāi)發(fā)之前,“傳統(tǒng)智慧”和教科書(shū)認(rèn)為即使是一法拉電容器對(duì)于實(shí)際設(shè)計(jì)也是不切實(shí)際的,因?yàn)樗挥幸粡堊雷幽敲创?。然而今天,超?jí)電容是工程師材料清單 (BOM) 套件中的標(biāo)準(zhǔn)組件。
磷酸鐵鋰 (LiFePO 4 ) 電池比鋰離子電池更安全,可提供 5 到 100 AH 之間的各種大電池尺寸,循環(huán)壽命比傳統(tǒng)電池長(zhǎng)得多: 圓柱形LiFePO 4 電池是所有系列中最熱門的產(chǎn)品之一,它們具有許多強(qiáng)大的特性: · 高能量密度,270 至 340 Wh/L;這意味著工作時(shí)間長(zhǎng) · 穩(wěn)定的放電電壓 · 相同順序的不同單元格之間的一致性好 · 循環(huán)壽命長(zhǎng),2000次剩余80%容量 · 快充,一小時(shí)內(nèi)充滿 · 安全耐高溫性能
新的 USB 3.1 Type-C 標(biāo)準(zhǔn)極大地簡(jiǎn)化了我們互連和為電子產(chǎn)品供電的方式。該標(biāo)準(zhǔn)利用 USB Type-C 連接器在任意兩個(gè)設(shè)備之間傳輸高達(dá) 100W 的數(shù)據(jù)和功率。因此,電池充電系統(tǒng)需要更多的功能,對(duì)于每個(gè)新的便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō),電池充電系統(tǒng)往往越來(lái)越小、越來(lái)越輕。本文回顧了典型的 USB Type-C 充電系統(tǒng),并展示了如何簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),同時(shí)在更小的空間內(nèi)提供更多功率和更多功能。
環(huán)境有豐富的能量,但很少有力量。能量收集可以利用環(huán)境的“無(wú)限”能源,并避免連接到主電源的成本或更換和處理電池的耗時(shí)且對(duì)環(huán)境敏感的任務(wù)。許多應(yīng)用都有成本和尺寸限制,因此本文將著眼于使用小型太陽(yáng)能電池。近年來(lái),太陽(yáng)能電池已投入大量開(kāi)發(fā)工作,使其成為最高效、最有效和可用的小型能量收集器。能量收集為無(wú)線傳感器等自主應(yīng)用提供了方便且具有成本效益的能量供應(yīng),并且無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSN) 正變得無(wú)處不在。本文將重點(diǎn)關(guān)注環(huán)境收集的太陽(yáng)能,如果在房間內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到,它可以為運(yùn)動(dòng)傳感器提供動(dòng)力以關(guān)閉燈,
設(shè)計(jì)師面臨的首要選擇是使用單電池還是雙電池超級(jí)電容器。超級(jí)電容器是低壓器件,典型的最大電池電壓為 2.7V。具有 2 個(gè)串聯(lián)電池的雙電池超級(jí)電容器使該最大電壓翻倍。單電池解決方案成本更低,需要的空間更少,并且不需要電池平衡。如果應(yīng)用的最大-最小電壓為 3V–2V,例如 BLE,則在降低的電壓范圍(例如 2.7V–2.0V)上運(yùn)行該應(yīng)用,并使用單個(gè)電池。如果應(yīng)用最小電壓大于最大單節(jié)電壓,例如 GPRS 模塊的 3.2V,那么雙節(jié)超級(jí)電容器是直接提供峰值負(fù)載電流的超級(jí)電容器的最佳解決方案。
太陽(yáng)能電池會(huì)將電流輸送到短路狀態(tài),因此如果 Vsolar_cell > 在汲取負(fù)載電流時(shí)為負(fù)載供電所需的最小電壓,并且太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓,Vsolar_oc < 最大超級(jí)電容器電壓,這提供了固有的過(guò)電壓保護(hù),那么最簡(jiǎn)單的充電電路如圖 7所示。二極管防止超級(jí)電容器向太陽(yáng)能電池放電,選擇肖特基用于低正向電壓,BAT54 用于低漏電流,因此太陽(yáng)能電池不會(huì)耗盡超級(jí)電容器低光照水平。