1.5 V 碱性电池来获得 3.3 V 输出,哪种方案比较好?

2019-07-16 13:21发布

使用了一个 1.5 V 碱性电池来获得 3.3 V 输出,为了实现高效率的设计,需要运用很多知识并进行大量测量。

有两个办法:
一是计算目标系统在整个电池寿命期间的能效值,帮助设计人员选出效率最高的 DC/DC 转换器和电感器;二是通过使用两个 Otii 工具,在整个工作范围内利用不同电感器对一个或多个 DC/DC 转换器进行全面特征化。最终,设计人员可以选择最佳组合以获得最佳电池性能。

我想知道的是,那种方法比较好?最好有案例可以分享
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6条回答
hy381
2019-07-17 03:02
这些案例中使用了三种不同的 Texas Instruments DC/DC 转换器。
  • TPS61097A-33DBVT
  • TLV61220DBVR
  • TPS61221DCKT


如前所述,测量的是 DUT 的 10 个周期,即每个电池电压持续 10 x 30 秒 = 5 分钟。图 4 显示了 TPS91097A-33DVBT DC/DC 的屏幕截图。
图 4:案例 1 Otii 测量,TPS91097A-33DVBT。(图片来源:Qoitech AB)


Otii 工具让效率计算变得非常简单,只需将输出能量除以输入能量即可,然后根据案例 1 测量设置中的说明对该效率值进行加权。图 5 为所有三个 DC/DC 转换器提供了一个概览。
图 5:不同 DC/DC 的效率计算。(图片来源:Qoitech AB)


此计算也可以使用 lua 脚本 在 Otii 中自动完成,但为了更加直观,图 5 使用 Excel 表进行了展示。


使用小型 4.7 μH 片式电感器时,三个 DC/DC 转换器的性能几乎相同。为了继续研究 DC/DC,使用不同的电感器来了解效率是否有所提高。选择了三种不同的 Bourns 电感器和一种 Murata 电感器。


  • 4.7 µH (Murata)
  • 4.7 µH (Bourns)
  • 12 µH (Bourns)
  • 22 µH (Bourns)


22 μH 电感器对于这种应用而言太大,但了解相应的性能很有意思。
使用与之前相同的设置,选择 TPS61097A-33DBVT 作为 DC/DC 转换器,电感器作为变量(图 6)。
图 6:不同电感器的效率计算。(图片来源:Qoitech AB)


结果同预期一样,电感器越大且其电阻越低,则 DC/DC 解决方案的效率越高。然而,22 μH 的大电感器是不可取的。


为了更多地了解 DC/DC 转换器的特性,使用案例 2 来获得 DC/DC 转换器在一系列输入电压和负载下更深入的特征化。


首先,图 7 显示了 22 μH 大电感对应的测量结果。图 8 显示了对其他电感的相同分析。
图 7:案例 2,使用 22 μH 大电感的 TPS61097A-33DVBT Otii 测量。(图片来源:Qoitech AB)


受电 Otii 从吸收 1 mA 开始,然后是 3 mA、5 mA、10 mA、30 mA、50 mA,最后是 90 mA。对所有电池电压重复此操作。


从图 7 中可以看出,对于较低的输入电压,DC/DC 无法处理 90 mA。DC/DC 无法针对这些低电压进行调节,并开始振荡。


数据存储在 .csv 文件中,供 Matlab 导入以便进行分析和绘图。图 8 绘出了效率与输出电流的关系。
图 8:显示不同电感对应 DC/DC 效率的 Matlab 图形(图片来源:Qoitech AB)
这个方法非常好,能够查看 DC/DC 转换器在不同负载条件下的特性。

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