體積向來(lái)是便攜式應用的關(guān)鍵要素，由于這類(lèi)產(chǎn)品多半以電池來(lái)供應電力，故電池大小以及電池數目自然會(huì )對產(chǎn)品的體積與外形造成極大影響。由于傳統電池不需要充電器，因此可以降低設計成本，產(chǎn)品也能隨時(shí)使用，不必每隔一段時(shí)間就放回充電座重新充電。這類(lèi)產(chǎn)品大都使用三號或四號堿性電池，每顆堿性電池的供電范圍從0.9V至1.6V。然而數字電路至少需要1.8V電壓，而其它高精準度的模擬電路更需要3V以上的電源才能順利操作。因此若應用產(chǎn)品僅使用一顆堿性電池來(lái)供應電力，工程師就必須以體積小而效率高的直流電源轉換器做為電池電源界面，由它將較低的輸入電壓轉換成較高輸出電壓。為了滿(mǎn)足這些需求，設計人員通常會(huì )選擇TPS61070之類(lèi)的同步升壓轉換器來(lái)?yè)沃绷麟娫崔D換器。圖1就是TPS61070的典型應用。
圖1：TPS61070的典型應用
電池特性通常以固定電流放電曲線(xiàn)表示，然而控制器或傳感器等應用卻可能要求直流轉換器提供固定電壓，此時(shí)電池就必須以固定功率的方式提供電力。換言之，隨著(zhù)電池電壓在放電過(guò)程中逐步下降，電池電流就必須逐漸增加；比方說(shuō)，當堿性電池的電力用盡時(shí)，其電流可能升高至新電池的兩倍。圖2是四號堿性電池以100mW固定功率放電時(shí)的開(kāi)路電壓和電池電流；從圖中可以看出電池電流在剛開(kāi)始放電時(shí)約為75mA，等到放電結束時(shí)已升高到將近150mA。
圖2：放電過(guò)程的電池電壓和電池電流
電池本身也有阻抗，其大小在電池電力用盡前都不會(huì )有太大改變。我們利用和圖2曲線(xiàn)相同的方式來(lái)決定電池的串聯(lián)阻抗，其結果如圖3所示。從圖中可以看出放電剛開(kāi)始時(shí)的電池阻抗約為300mΩ，等到放電結束時(shí)會(huì )增加到750mΩ左右。
圖3：放電過(guò)程的電池電壓和電池串聯(lián)阻抗
當直流轉換器輸出端連接負載時(shí)，電池電流或電壓的升高都會(huì )造成轉換器輸入端的電壓降增加。圖4是供應電力給負載時(shí)的電池開(kāi)路電壓以及轉換器輸入電壓，從圖中就能明顯看出兩條曲線(xiàn)的差異會(huì )隨著(zhù)電池放電而逐漸擴大。
圖4：無(wú)負載和100 mW負載時(shí)的電池電壓抗
從圖2、3和4還能看出電池電壓在放電快結束時(shí)會(huì )大幅下降，這就表示電池兩端雖仍有電壓，卻已無(wú)法繼續提供電力。電池電壓會(huì )隨著(zhù)直流轉換器輸出端是否連接100mW負載而有所不同，而且電池剩余電力越少，兩者之間的相差值就越大。若電池電壓在無(wú)負載時(shí)下降到1.0V以下，就表示無(wú)法再從其中取出電力；因為只要接上負載，電池電壓就會(huì )立刻下降為0.8V，迫使應用將電源切斷以避免出現漏電現象。然而這種電路設計卻有很大的潛在風(fēng)險，因為電池電壓會(huì )隨著(zhù)直流轉換器有無(wú)連接負載而出現極大差異；此時(shí)轉換器會(huì )因為電池電壓不足而切斷電路，但當電路切斷后，電池電壓又因為沒(méi)有負載而上升，導致直流轉換器重新激活供電。由于轉換器輸出電壓雖大于電池電壓，卻又小于應用正常操作所需的電壓，所以這個(gè)過(guò)程將不斷重復，造成轉換器輸出電壓不停改變，甚至可能對產(chǎn)品造成損害。TI的TPS61070則能解決這個(gè)問(wèn)題，其內建的電壓過(guò)低鎖定功能(UVLO)可在輸入電壓低于0.8V左右時(shí)將組件鎖定，直到電壓升至1.0V以上才會(huì )重新工作。
激活過(guò)程的輸入電流也必須加以限制，因為激活電流若遠大于正常操作電流，電池電壓降就可能超出正常操作時(shí)的電壓降，使得直流轉換器的輸入電壓過(guò)低而無(wú)法激活，這種情形在電池電力快用盡時(shí)最容易發(fā)生。要解決這個(gè)問(wèn)題，設計人員可以等到供應電壓上升到某個(gè)程度時(shí)再連接負載，同時(shí)使用TPS61070之類(lèi)能于開(kāi)機時(shí)限制輸入電流的直流轉換器。 |
