【導讀】本文將介紹使用降壓/升壓轉換器和LiSOCI2電池時(shí)的五個(gè)優(yōu)秀實(shí)踐，以更大限度地延長(cháng)電池壽命并降低總體維護和成本要求。首先，我們討論一些常見(jiàn)的設計挑戰。
流量計使用鋰二氧化錳(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。但是，LiSOCI2電池的脈沖響應較差，這會(huì )導致瞬態(tài)電流負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。由于電池對流量計的維護要求和壽命也有影響，因此將降壓/升壓轉換器與LiSOCl2電池相結合的替代方法有助于降低整體解決方案成本并延長(cháng)流量計的使用壽命。
本文將介紹使用降壓/升壓轉換器和LiSOCI2電池時(shí)的五個(gè)優(yōu)秀實(shí)踐，以更大限度地延長(cháng)電池壽命并降低總體維護和成本要求。首先，我們討論一些常見(jiàn)的設計挑戰。
設計智能流量計系統時(shí)的關(guān)鍵設計難題
典型的流量計系統包含五個(gè)重要組成部分：計量前端、通信前端、微控制器(MCU)、電源管理集成電路和保護前端。
除了這些要求外，流量計通常外形小巧，必須在現場(chǎng)運行15年以上，且維護成本應盡可能低。
典型流量計的功耗概況
表1列出了標準流量計的功耗概況，分為三種工作模式。
表 1：標準流量計的功耗概況
借助降壓/升壓轉換器設計流量計的優(yōu)秀實(shí)踐
為了幫助延長(cháng)智能流量計設計的電池壽命和性能，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電池的數據表）中所示，LiSOCl2電池通常不支持智能流量計中使用的無(wú)線(xiàn)電通信系統所需的高動(dòng)態(tài)范圍曲線(xiàn)。解決這個(gè)問(wèn)題的一種方法是使用TPS63900降壓/升壓轉換器和一個(gè)緩沖元件來(lái)過(guò)濾電池電流。
圖 1：+20°C下的SAFT LS17330典型放電曲線(xiàn)
優(yōu)秀實(shí)踐2：使輸出和輸入電壓電平保持獨立。
實(shí)現獨立的電壓電平可優(yōu)化從電池汲取的輸入電流曲線(xiàn)以及提供給負載的輸出電流。這種做法還簡(jiǎn)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電流低于500nA的轉換器。
為了優(yōu)化系統的能源使用，轉換器的平均電流消耗與系統的電流消耗相比必須可以忽略不計。例如，如果流量計的平均電流消耗約為5μA，則轉換器的待機電流應低于500nA。
優(yōu)秀實(shí)踐4：盡可能降低電源系統的電壓。
將系統視為由轉換器供電的電阻。保持低電源電壓可以減少系統消耗的待機電流。
優(yōu)秀實(shí)踐5：通過(guò)動(dòng)態(tài)電壓調節優(yōu)化每種工作模式的電壓負載。
如圖 2 所示，TPS63900的動(dòng)態(tài)電壓調節功能使轉換器能夠動(dòng)態(tài)改變其輸出電壓，從而在理想工作點(diǎn)為負載供電。
圖 2：基于TPS63900的電池前端
一些測量數據
●在以下條件下進(jìn)行負載瞬態(tài)測量：
●待機電流(Iout)：999ms內為158μA
●活動(dòng)電流(Iout)：1ms內為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(guò)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節。
圖 3：TPS63900的脈沖響應
圖 4：TPS63900在輸入電壓為3.6V時(shí)的效率
通過(guò)在2.5mm x 2.5mm封裝或21mm2總解決方案尺寸中結合超低待機電流消耗、出色的瞬態(tài)響應、輸出噪聲水平和動(dòng)態(tài)電壓調節，TPS63900可幫助解決使用LiSOCl2 電池時(shí)遇到的難題，以及傳統的更復雜高成本方法在很長(cháng)時(shí)間內都無(wú)法解決的難題。
圖5：TPS63900解決方案面積
（來(lái)源：德州儀器）
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