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高效电池电源
高效电池电源
电池为需要移动或位于无法连接主电源或其他电源的地方的电气设备提供了强大的电源。由于电池制造商的远见卓识，世界各地都有标准尺寸和电压的电池可供选择，以适应任何应用和预算。电池供电的最大问题是用户期望设备在需要充电或更换电池的情况下运行很长时间。这种需求使设计人员有责任提高效率并降低功率需求以满足这一需求。
电压要求
产生固定电源电压的最简单方法是串联适当数量的电池，直到它们的总和产生所需的值。这种方法是标准一次性 1.5V 电池的首选方法，没有尺寸限制。然后出现了标准 1.2V 的可充电电池，以及用户对更小、更轻、更便携设备的需求。解决方案是使用升压转换器从少量一次性或可充电电池中获取能量并产生所需的电源输出。
升压转换器
升压转换器是一种开关模式电源，可将输入电压升压至所需的输出电压。它通过使用电容或电感形式的能量存储来实现这一点，该能量存储以足够的频率切换以产生所需的输出。转换过程效率将由 LC 电路中的损耗和开关电路的功率要求决定。对于设计人员来说，好消息是有大量现成的升压转换器可供选择。它们也被称为升压开关稳压器和升压开关转换器。
高效稳压器
开关稳压器比线性稳压器实现更高的效率，因为前者使用能量存储来执行 DC 到 DC 的转换。相比之下，后者使用电阻损耗进行转换，从而产生热量。升压开关稳压器通常使用脉宽调制来控制其输出，以将开关操作的占空比作为闭环功能进行调节。该电路中的主要损耗是由提供控制电路反馈元件的二极管引起的。使用MOSFET技术来实现二极管功能可以获得效率的提高。额外的效率节省可以来自实施更复杂的开关控制以跳过在低负载期间不需要开关的周期。
隔离式电源的效率通常低于等效的非隔离式电源，因为它们需要更多的组件数量并且包括隔离变压器造成的损耗。
低负载效率
设计人员工具包中用于延长电池寿命的另一个工具是设备的低负载效率。低负载是设备处于待机、睡眠或空闲、等待输入或刺激运行的操作模式。这些状态通常代表电池供电设备的大部分工作寿命，因此效率节省会显着影响整体功耗。
理想情况下，电源应设计为在无负载时关闭。在电源具有输出 LC 滤波器级的情况下，这种方法是必不可少的，这在开关模式设计中很常见。在空载状态下，输出电压将上升到峰值电压，这充其量是低效的，最坏的情况是会导致受影响组件的损坏或工作寿命缩短。稳压器也可能受到不稳定反馈条件的影响，其中电路中的噪声成为主要电压。
低负载条件的设计选项包括从脉宽调制切换到脉冲频率调制，其中效率随着负载电流的降低而提高。
混合开关模式
开关稳压器的一个缺点是开关功能产生的输出上存在纹波。输出滤波和仔细的 PCB 布局设计可以降低这种噪声。尽管如此，如果电池供电设备包含需要无噪声电源的敏感电路，则需要探索其他选项。线性稳压器不会遇到此问题，但它们仅适用于电池输出电压略高于所需设备电路电源轨的情况。它们不能提高电压，CD-CD 转换中任何显着的电压差都是低效的。
混合开关稳压器现在可用于将开关稳压器的元件与线性稳压器的元件相结合，以创建低噪声电源。线性稳压器有效地充当输出滤波级。这种解决方案的缺点是增加了设备的复杂性，这会转化为更高的成本和降低的效率。然而，对于需要少量电池且基于开关模式的稳压器噪音太大的电池供电设备，这提供了一种实用的解决方案。
使用线性稳压器来清理开关稳压器输出的局限性在于，其性能会随着噪声频率的增加而降低，因此在决定开关频率时会增加另一个权衡因素以及物理尺寸和效率因素。