可利于电池系统优化的降压-升压转换器介绍.doc
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1、可利于电池系统优化的降压-升压转换器介绍许多安全和运动检测系统依赖于简单易用的小型半自治节点。这意味着使用基于电池的电源和低功率操作,以便在产品的使用寿命期间最小化电池更换次数。在电池寿命期间,电池的输出电压下降,当电荷接近完全耗尽时,电池的输出电压下降幅度最大。可以适应这种电压变化但仍可为传感器和RF发射器提供相对较高电压的转换器类型是降压 - 升压转换器 - 它在电池刚刚运行时操作电路的降压部分,在电压升高时移动到升压操作低于其供电的电子电路的阈值。许多供应商已经开发出针对电池系统优化的集成降压 - 升压转换器,本文讨论了其中的一些,包括来自ams,ADI公司,凌力尔特公司,安森美半导体和
2、德州仪器的器件。运动检测已经成为现代安全系统中不可或缺的一部分,在家庭或办公室应该是空的时候观察入侵者的迹象。随着时间的推移,我们将看到将运动检测扩展到日常生活中的新应用,允许我们通过使用手势来控制照明和媒体设备。在家中传播的设备将观察这些关键手势,使用先进的信号和图像处理技术来区分对系统重要的自然动作和手势。这些系统之间的一个重要联系是需要分布式低能耗传感器,这些传感器可以从电池运行,以避免重新连接家庭以安装新系统。它们使用低功率无线电协议相互通信并与中央处理节点通信,并使用各种形式的传感技术(如超声波或低分辨率视频)来分析人的运动。某些类型的传感器需要高电压才能运行,这些电压不能从电池单元
3、本身产生,或者可能需要背光LED或内置状态显示器,这需要高压电源才能运行。升压或升压稳压器的一个选择是安森美半导体NCP1403。该器件设计用于将单个锂离子电池或两个AA或AAA电池升压至高达15 V的电压。在使用低压传感器的系统中,仍然需要具有升压功能可用。简单的低功耗操作不足以延长电池的使用寿命。典型电池的放电曲线意味着它仅在完全充电时或附近输出其峰值电压。当电池放电时,其输出电压将下降,可能低于系统设计的电源电压。通常有一个非常大的下降接近完全耗尽。然而,如果周围的电路可以使用它,电池仍然具有它可以提供的能量。实际上,电池很少在需要更换之前清空 - 它根本无法提供可用的能量。例如,当输出
4、电压低于0.9 V时,1.5 V AA碱性电池通常被视为“空”。图1:典型NiMH AA电池的放电曲线。在实践中,电池通常组合使用以提高其电压输出,使得在电池的总能量的很大一部分上操作典型的微控制器和RF电路变得更容易。相反,对于完全充电的电池组,电压通常对于传感器节点的电路来说太高。因此,大多数设计使用某种形式的降压稳压器来控制系统其余部分的电源电压,并适应电池的下降输出。由于输入电压需要高于降压稳压器的输出电压,因此无法从电池组获得足够的电压,即使能量可用,系统也会关闭。为了充分利用这种存储的能量,可以切换到升压调节器以提供必要的输出电压。升压调节器的效率最有可能低于降压调节器的效率,但它
5、为系统提供了额外的寿命。此时传感器可以向用户报告接近更换电池的时间。通过将降压和升压调节器的功能集成到一个控制单元中,供应商满足了对更灵活的电池供电系统的需求,根据电池组的状态自动从一种模式切换到另一种模式。在这些设计中,通常存在两个脉冲宽度调制(PWM)环路。每个的占空比由单独的斜坡信号控制。比较器用于分析误差放大器的输出信号,以确定何时应该切换开关以创建PWM波形的下一个相位。图2:典型的降压 - 升压架构。ams AS1337设计采用降压或升压模式下的两节AA碱性电池供电,在200 mA时提供3.3 V的恒定电压。它是一种采用电流模式PWM控制的固定频率设计,可实现良好的线路和负载调节。
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