用“没电”电池给电路供电

shuszhao

常情况下，大多数1.5V的5号电池在电压下降到0.9V至1.3V时，就被认为无用了。换句话说，那些被扔掉的电池其实并没有真正报废。仔细选择元器件和电路设计可以使极低功耗设计达到一个新的高度。

电池通过其阳极、阴极和电解质材料之间的化学反应产生电能。值得注意的是，在电池术语中，正极端是阴极，负极端是阳极。
当你操作电路时，电路所需的电流根据执行的任务而异。因此，所需的典型电流小于最大电流。理论上，电池的电压不应依赖于它提供的电流大小，但这只是近似情况。事实上，所有电池都具有负的V-I曲线，如果电池供给的电流增加，其电压就下降。这种效果就像电池有一个等效串联电阻（ESR）一样，它称为阻抗。通常其影响很小，但相机中的临界电压传感器（dead voltage sensor）可能非常敏感，所以小影响可能产生大不同。
显然，所有求生技能族对远离电网、节约能源或自己生成能源都很感兴趣。但我们看看，当你需要照亮露营地，而你只拥有几节“没电”的电池时，该怎么办？你知道吗，大多数1.5V的AA电池，当电压下降到1.3V到0.9V之间时，通常就被认为没电了。
一切都取决于你的设备采用什么样的电路，你可以假设在电池电压用掉约20％后，就被当作没电了。这意味着几乎100％被丢弃电池的电量都没有彻底耗尽。当然，如果这些电池不能在你想要的设备中使用，就没多大意义了。仔细选择组件和电路设计可让你达到极低功耗设计的新水平。微控制器是许多嵌入式设计的核心，它通常都在运行程序，使设备按预期功能工作。不容忽视的是，微控制器制造商增加了许多有助于降低功耗的功能。
在电池供电的系统中，时间是关键参数。不同于交流供电系统，其电源电压在给定范围内变化、额定电流的可用性在持续时间内无限制，电池只能在再充电或更换之前的有限时间内供电。此外，在电池放电时，电流消耗越大，电池的压降越大（图1）。

图1：电池放电是电流放电速率的函数。

设计高效电池供电系统的关键是：
（a）通过使电路吸收的电流（特别是连续的“静态电流”）最小，来最大限度地延长电池寿命；
（b）必要时，通过在电池和负载之间使用某种形式的调节电路，在放电期间使提供给负载的电压保持恒定。
例如，用100mA-小时容量的AA型电池给耗电1mA的电路供电，可在再充电或更换电池前运行约100小时。如果静态电流降低到100μA，理想情况下，电池寿命将延长到约1000小时。如果使用电池给静态电流低至1μA的电路供电，则电池寿命将增加到10~11年。这就是为什么要使用静态电流尽可能小的运放和直流-直流转换器的原因。例如，德州仪器（TI）和凌力尔特（Linear Technology）等公司就有这种静态电流为400nA~2000nA的新器件。
在设计电池供电系统之前，了解系统使用环境、要求和运行条件非常重要。这使设计师可以确定应使用哪种类型的电池（例如，一次性或可充电），以及电池需要更换或充电的频率。
延长电池可工作时长的三种方法是：
（1）如果需要连续工作，最小化静态电流；
（2）脉动方式启/闭负载，使电池工作在较低占空比；
（3）不工作时关闭电路。

涂卫

学海无涯

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