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电池供电DC/DC转换器选择技巧

发布时间:2008-10-14 来源:International Power公司

中心论题:

  • 蓄电池和电池供电要求。
  • 电池和蓄电池使用时的环境因素。
  • 高效的双轨稳压电源介绍。
解决方案:
  • SMD 系列的开关稳压器不需要散热器减小元件尺寸。
  • 在补偿输入端接一个外部电阻器实现在 ±50% 范围内调整额定输出电压。
  • 微控制器将转换器置于备用模式下大大降低供耗。

与通用电源供电的应用场合不同,用蓄电池和电池供电时,对直流 / 直流转换器有些额外的要求。首先要求效率非常高、备用情况下剩余电流低、机壳尺寸也要很小。直流 /直流转换器中不需要电隔离,因为电池本身就是隔离的电源, Recom 的 R-78 系列开关稳压器很适合此类应用。 
  
另一重要因素是开关稳压器的输入电压范围。蓄电池的充电电压总是要比正常输出电压高,而且刚充完的电池输出电压会比标准值高。这就是说,在确定开关稳压器的输入电压范围条件时,即使电池没有就地充电,也必须考虑到充满电时的充电电压。在放电周期的末段,随着电池元件耗完电并停止供电,电池电压会急剧下降,因此,蓄电池输出电压会每次很快地降低一个电池元件的单位电压。如果输入电压低限不高,蓄电池组的剩余电能仍可继续使用。 
  
由于电池和蓄电池经常在无控制的环境中使用,所以必须考虑环境因素。系统必须密闭在一个防尘、水密的机壳里。内部元件产生的热量不太容易散发出去,而散热器并不能满足要求,因为在机壳内空气流通很差。最好首先就避免产生热量,而不是增加复杂性、成本和重量,以此来让废热从密封的机壳里散发出去。换流效率哪怕只降低很小的一点都会导致出现过热问题,所以,经常要求效率达到 95% 以上。由于低功率转换器的典型效率约为 80% ,所以在应用中只有绝对必须的情况下才可以使用隔离的转换器,而开关稳压器本质上是一种低损耗设备,效率可达 97% 。 
  
在使用电池和蓄电器的场合几乎总是要求元件尺寸要小,这里 SMD 系列的开关稳压器非常适合。由于它效率高,所以不需要散热器。在标准配置中,不需要有额外的外部元件。在补偿输入( TRIM INPUT )端接一个外部电阻器,就可以在 ±50% 范围内调整额定输出电压。远程开 / 关功能对于蓄电池或电池供电的应用场合也很有用。通过一个外部信号(例如微控制器)可将转换器置于备用模式下,从而大大降低供耗。备用状态下开关稳压器耗电为 20µA ,大约相当于蓄电池的自放电电流。 
  
在许多应用中(如采用传感器的应用场合),需要另外有一个负(供电)轨,它所需电流一般比正供电轨小。迄今为止,常见的解决办法是使用一个带有双输出的隔离的直流 /直流转换器。即使不需要隔离,由于电负荷不对称,效率相对会低一些,这也会产生前面所说的过热问题。下面的应用中演示了如何用 Recom 的开关稳压器产生负和正双轨的输出, 图 1 显示了用正电压产生负电压的基本应用图。 
  
表 1 显示了标准输出和负输出模式下 R-78xx 开关稳压器的管脚输出。两个输出极性的运行模式不同,因此电参数也不相同。即便如此,仍有可能达到 91% 的效率,这使它比隔离的转换器相比很有优势。可通过安排基本电路实现几种不同的电源配置,但最常见的配置是图 2 所示的高效的双轨稳压电源。 
  
根据所需输出电压,输入电压范围有可能达到 4:1 ,与标准的隔离转换器比较,可以节省约 10% 的效率。通过使用这个电路,可以很容易地产生正轨和负轨电压不相同的非对称输出电压。当然,如果使用 SMD 系列的产品,就可使用输出电压补偿和开 / 关控制这类的额外功能,使该电路更适合用于蓄电式主电源。

 

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