Comment réaliser une batterie au lithium pour un produit portable

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Résumé : Cet article utilise des exemples pour expliquer comment réaliser des batteries de produits portables. Mots clés : produit portable ; régulateur linéaire ; convertisseur buck-boost ; batterie dans de nombreux produits portables tels que les téléphones portables, les téléphones intelligents, les lecteurs multimédias numériques ou les appareils photo numériques Tendance de développement. Ceci est généralement mis en œuvre en utilisant certaines des fonctions les plus nombreuses et des circuits analogiques les plus complexes, mais le résultat est une consommation d&39;énergie plus élevée du circuit d&39;application.

La nouvelle capacité de la batterie peut répondre aux besoins croissants en matière de consommation d&39;énergie, mais il faut une batterie de plus grande capacité ou une technologie de batterie améliorée. Habituellement, les gens ne choisissent pas d’augmenter la taille de la batterie car le boîtier extérieur est limité. Étant donné que les progrès de la technologie des batteries et le développement de nouvelles technologies ne répondent pas aux exigences de puissance élevées du même niveau de taille, les circuits de gestion de l&39;alimentation plus avancés devraient être plus avancés.

Dans le même temps, la demande de petites solutions rend ce défi plus difficile. Dans le passé, pour obtenir les exigences, il suffisait d&39;utiliser plusieurs régulateurs linéaires. Ces régulateurs sont directement connectés à la batterie pour afficher le rail de tension système requis.

De nombreuses unités de gestion de l’alimentation utilisées dans les produits portables n’utilisent que quelques régulateurs linéaires pour contrôler la consommation d’énergie. La technologie de batterie typique qui a été appliquée est celle des packs de 3 batteries NICD ou NIMH. Dans le même temps, ces propriétés chimiques ont été presque toutes obtenues par une seule batterie lithium-ion, car ces batteries lithium-ion ont des performances plus élevées.

Avec de nombreuses applications répondant à la demande actuelle, certains régulateurs linéaires ont été remplacés par des convertisseurs abaisseurs plus chers mais plus efficaces. Certains rails d&39;alimentation tels que les noyaux de processeur et les E/S sont généralement comme ça. Étant donné que le régulateur linéaire et le convertisseur abaisseur ne peuvent ajuster la tension de sortie que lorsque sa tension d&39;entrée est plus élevée, si la tension de la batterie est abaissée à la tension de sortie programmée, le système est alors éteint.

La chute de pression minimale du régulateur linéaire ou la marge de chute de pression sur l&39;inductance et le commutateur doit être ajoutée à la tension de sortie. Par conséquent, il existe un rail de tension typique de 3,3 V provenant d&39;une batterie lithium-ion, et la tension de batterie typique du système est de 3.

4V. L&39;électricité restante qui se produit lors de la décharge à 3,0 V ne sera pas utilisée dans ce cas.

Les mesures montrent que la puissance restante dans la batterie lithium-ion actuelle est d&39;environ 10 %. Autrement dit, toute solution de gestion de l&39;énergie capable d&39;utiliser cette électricité restante doit être capable de soustraire 10 % d&39;efficacité après une efficacité supérieure à la résolution du convertisseur abaisseur. En d&39;autres termes, toute solution alternative utilisant une efficacité moyenne de 97 % d&39;un convertisseur abaisseur doit être exploitée à au moins une efficacité moyenne supérieure à 87 % pour prolonger la durée de fonctionnement de la charge d&39;une batterie.

Il s’agit d’un énorme défi pour de nombreuses solutions de convertisseurs buck-boost. Efficacité générale des solutions SEPIC ou inverses pour une solution économiquement viable 85% de portée maximale. Afin d&39;obtenir cette efficacité, on a envisagé une méthode utilisant une variété d&39;efficacités améliorées, comme la rectification synchrone, et la taille de cette solution est plus grande que celle du convertisseur abaisseur.

4 Switch Bucking - Boot Conversion Il y a toujours deux commutateurs commutés simultanément, dans une solution très optimisée, l&39;utilisation de ce buck converti aura la même efficacité (85%). Par conséquent, de ce point de vue, l&39;utilisation d&39;un convertisseur buck-boost ne fonctionne pas, et c&39;est aussi pour cette raison que les gens n&39;ont jamais envisagé d&39;utiliser ce convertisseur buck. Il existe cependant d’autres défis.

Par exemple, les téléphones mobiles utilisent des impulsions de courant élevé pendant la transmission de données pour piloter leur RF-PA. Ces courants d&39;impulsion peuvent être obtenus directement à partir de la batterie, ce qui peut entraîner une chute de pression supplémentaire sur l&39;impédance de la batterie et le connecteur de la batterie. En raison de faibles tensions d&39;alimentation, cela peut entraîner l&39;arrêt du système par le moniteur de tension du système en cas d&39;impulsion de courant.

Les applications LED basées sur les LED de votre téléphone, ou le démarrage de votre disque dur dans votre application de lecteur multimédia, vous aurez un impact similaire sur la batterie. En raison du vieillissement ou des basses températures, l&39;augmentation de l&39;impédance de la batterie rend ces problèmes plus graves. Dans ce cas, le convertisseur buck-boost peut être utilisé pour gérer la chute de tension du rail de tension du système clé.

Cela rend le système plus stable et plus fiable, et une décharge de tension de batterie plus faible est également autorisée. De plus, la batterie est également améliorée. En règle générale, une nouvelle capacité de batterie s’accompagne de l’utilisation d’une gamme plus large de tensions de sortie.

Par exemple, avec la future technologie de batterie lithium-ion, la batterie peut être chargée jusqu&39;à 4,5 V et peut être déchargée jusqu&39;à 2,3 V.

Prenez une tension moyenne de 3,4 V, ce qui peut permettre à la capacité de la batterie d&39;être dans un état inutilisé. Il existe également des technologies de batteries en phase de développement qui fonctionneront bien en dessous de 3.

4V (par exemple, Li-s). Dans ce cas, cela va certainement diminuer - augmenter la conversion. Une façon simple de résoudre ce problème est de générer un rail de tension système plus élevé (par ex.

par exemple, 5 V) qui peut être utilisé pour générer tous les rails de tension du système, qui sont supérieurs à la tension de coupure de la batterie. Ce travail peut être réalisé en utilisant un convertisseur élévateur plus efficace et un convertisseur en cascade.

L&39;efficacité totale de conversion de puissance peut facilement atteindre plus de 90 %. Malheureusement, les convertisseurs boost nécessitent davantage d&39;espace et ne disposent généralement pas de cet espace dans les appareils portables. Une autre option consiste à utiliser un convertisseur buck-boost pour générer un rail de tension système directement à partir de la batterie.

Comme mentionné ci-dessus, l’efficacité de conversion de puissance est un facteur clé dans la conception d’une solution de gestion de puissance compétitive. Un autre facteur important est la taille de la solution. Dans ce contexte, une solution de commutation abaisseur-élévateur basée sur une topologie Sepic ou inverse n&39;est pas adaptée car elle nécessite des composants passifs sans volume plus importants et présente souvent une faible efficacité.

Une solution inductive unique utilisant 4 commutateurs présente le plus grand potentiel pour répondre à ces exigences. Cependant, dans une méthode de pilote simple, il y a deux commutateurs en fonctionnement à tout moment en même temps, mais l&39;utilisation de cette solution non seulement sacrifie l&39;efficacité, mais améliore également les exigences d&39;inductance et de taille de commutateur, car il y a un flux à travers ces composants sont un courant RMS plus élevé. Seul le côté de ces commutateurs est piloté, ce qui signifie que l&39;appareil fonctionne toujours avec un convertisseur abaisseur ou élévateur pour obtenir la plus grande efficacité, et le courant RSM inférieur apporte également la plus petite taille de solution.

Dans ce cas, la conversion buck et boosting présente le point de travail le plus efficace dans deux topologies. Ceci est illustré dans l&39;exemple de relation entre l&39;efficacité et la courbe de tension d&39;entrée du convertisseur boost (TPS61020) et buck (TPS62046) illustrée ci-dessous. .