Da bi dosegli čim daljšo življenjsko dobo akumulatorja, je potrebno popolno razumevanje vsaj treh ključnih dejavnikov, ki na to vplivajo: tehnologije baterije, digitalno upravljanje porabe energije in analogne tehnike z nizko porabo.
Medtem ko je večina oblikovalcev seznanjenih s prednostmi in slabostmi različnih baterijskih tehnologij in z digitalno regulacijo moči, pa jim je morda manj znana vloga, ki jo imajo analogne tehnike za nizko porabo lahko na nizko porabo in podaljšanje življenjske dobe akumulatorjev.
Kemijska osnova baterije
Eden od ključnih odločitev za projektante prenosne elektronike je izbira primerne tehnologije baterij. Štiri glavne kemijske tehnologije baterij so alkalna, nikelj-kadmijeva (NiCd), nikelj-metal-hibridna (NiMH) in litij-ionska (Li-Ion), vsaka pa ima svoje prednosti in slabosti.
Značilno za alkalne baterijske celice je, da popolnoma napolnjena celica daje napetost okrog 1,5V. Ta napetost se bo med porabo energije v bateriji manjšala, tako da bo pri 90% porabljene energije v bateriji napetost padla na okoli 0,9V. Kombinacija relativno visoke zmogljivosti in visoke notranje upornosti pa naredi alkalne baterije sila neučinkovite za uporabo v aplikacijah, kjer tečejo visoki tokovi praznjenja, kot so daljinsko vodeni modeli avtomobilov, bliskavice kamer in razna ročna orodja.
Pri teh aplikacijah, kjer so potrebni visoki pogonski tokovi, lahko NiCd akumulatorske celice zagotavljajo zelo vzdržljiv in cenovno ugoden vir električne energije, ponuja pa nazivno napetostjo 1,2V, ki na koncu življenjske dobe baterije pade na okoli 0,9V. Slabosti so njihova razmeroma nizka energijska gostota in prisotnost toksičnih kovin, poleg tega je potrebna periodična popolna izpraznitev, s katero preprečimo škodljivo tvorjenje velikih kristalov, ki se nabirajo na celičnih ploščah in vplivajo tako na življenjsko dobo kot tudi na zmogljivost baterije.
V nasprotju z njimi, so NiMH celice okolju bolj prijazne in zagotavljajo približno 40% večjo energijsko gostoto kot NiCd celice. Njihova nazivna napetost (okoli 1,25V) bo na koncu življenjske dobe baterije padla pod 1,0V. Slabosti NiMH baterije v primerjavi z NiCd so precej višja stopnja samopraznjenja in pomanjkanje vzdržljivosti pri ciklih z visokimi obremenitvami in ekstremnimi temperaturami.
Za večino prenosnih naprav potrošniške elektronike, je Li-Ion zdaj prevladujoča baterijska kemijska tehnologija. Popolnoma napolnjena Li-Ion celica ima napetost na odprtih sponkah okrog 3,6V in se zmanjša na okrog 2,7V, ko je popolnoma izpraznjena. Prednosti uporabe Li-Ion celice so, da so lažje, imajo višje celične napetosti in da jih lahko v Li-Polimer različicah poljubno oblikujemo. Dodatne prednosti so, da se energijska gostota Li-Ion in Li-Polimer baterij še naprej povečuje in je trenutno približno dvakrat večja od energije celice standardne NiCd baterije, istočasno pa se njihova cena znižuje. Glavna in največja pomanjkljivost te kemije je tveganje, da lahko baterijo raznese, če jo preveč napolnimo. Ker velja pomislek glede varnosti, so se nekateri proizvajalci raje odločili za NiMH kemijsko tehnologijo baterij, zlasti tam, kjer velikost in teža nista kritična dejavnika.
DC-DC pretvorniki
Tudi razumevanje arhitektur DC-DC pretvornikov je bistvenega pomena za optimizacijo delovanja celotne naprave in običajno bo šlo za izbiro med linearnimi regulatorji, stikalnimi regulatorji in polnilne črpalke.
Čeprav obstaja več vrst linearnih regulatorjev, se v baterijsko napajanih aplikacij najpogosteje uporablja regulator z nizkim padcem napetosti (low dropout regulator, LDO). Ti uporabljajo P-kanalni serijski tranzistor kot spremenljiv upor s povratno vezavo za vzdrževanje določene izhodne napetosti.
Analogne tehnike za daljšo življenjsko dobo baterije
Microchip Technology Inc
2015_SE226_25
