إزالة الغموض عن التيار الهادئ المنخفض (معدل الذكاء المنخفض): كيفية استخدام WEBENCH لتصميم دورة عمل بنسبة 100٪ تقريبًا للتطبيقات منخفضة الطاقة للغاية

“تتطلب العديد من التطبيقات التي تعمل بالبطارية محول باك ليعمل في دورة عمل بنسبة 100٪ ، حيث يكون VIN قريبًا من VOUT لإطالة عمر البطارية عندما يكون جهد البطارية عند أدنى قيمته.

“

تتطلب العديد من التطبيقات التي تعمل بالبطارية محول باك للعمل في دورة عمل بنسبة 100٪ حيث V._فيقريب من V._خارجلإطالة عمر البطارية عندما يكون جهد البطارية عند أدنى قيمة له.

على سبيل المثال ، افترض أن هناك نوعان من ثاني أكسيد الليثيوم والمنغنيز (Li-MnO₂) تعمل البطارية على تشغيل العداد الذكي. Li-MnO₂البطاريات عبارة عن بطاريات تستخدم مرة واحدة غير قابلة لإعادة الشحن يتم استخدامها بشكل متزايد في عدادات الكهرباء أو المياه الذكية نظرًا لعمرها الطويل (حتى 20 عامًا) وفعاليتها من حيث التكلفة على بطاريات الليثيوم ثيونيل كلوريد.

يوضح الشكل 1 تكوين النظام لبطاريتي Li-MnO2 متصلتين في سلسلة (2s1p) ثم تنحى لأسفل لتشغيل وحدة التحكم الدقيقة.

الشكل 1: هندسة طاقة العداد الذكي

تيار هادئ للغاية منخفض (I_س) تساعدك محولات DC / DC على تصميم تطبيقات بعمر بطارية يصل إلى 20 عامًا. منحنى الحمل الخاص بتطبيق العداد الذكي ليس حملاً مستمرًا ، ولكنه منحنى تحميل متغير. للحفاظ على عمر البطارية ، يقوم النظام بسحب تيار مرتفع فقط من حين لآخر (إرسال إشارات لاسلكية أو صمامات تشغيل) قبل العودة إلى حالة تحميل منخفضة للغاية. تتيح ملفات تعريف الحمل هذه انخفاض متوسط ​​الاستهلاك الحالي في نطاق microampere. تتطلب الكفاءة العالية في مثل هذه الأحمال الخفيفة تيارًا هادئًا منخفضًا للغاية I_سخاصة في أوقات الراحة. قد يكون الاستهلاك الحالي خلال فترة الراحة أقل بكثير من متوسط ​​الاستهلاك الحالي.

العمل الأول لمحول TPS62840 Ultra-Low-Power باك من Texas Instruments_سعند 60 nA فقط ، يمكن تنظيم سكة 3.3-V. يحتوي TPS62840 على تيار هادئ منخفض جدًا I في وضع 100٪_س – 150 غ ، مما يزيد من عمر البطارية.

لمساعدتك بشكل أفضل على تصميم ومحاكاة دوائر الطاقة المنخفضة للغاية ، فإن WEBENCH® Power Designer عبارة عن أداة عبر الإنترنت تقوم بإنشاء تصميمات طاقة مخصصة وفقًا لمواصفاتك.

في مثالنا ، يبلغ متوسط ​​الجهد لكل خلية حوالي 3.0 فولت. يبلغ الجهد الأولي للبطارية الجديدة حوالي 3.2 فولت ، ويمكن أن ينخفض ​​الجهد إلى أقل من 2 فولت بعد التفريغ الكامل. أدخل هذه المعلمات في WEBENCH Power Designer (الشكل 2) ، بافتراض تفريغ كل خلية إلى 1.8 فولت والبطارية الجديدة عند 3.2 فولت.

الشكل 2: مواصفات التصميم التي تم إدخالها في WEBENCH Power Designer

يؤدي استخدام جهد دخل أدنى 3.6 فولت في أداة البحث WEBENCH® PowerDesigner إلى إنتاج 51 جهازًا محتملاً ، لكن TPS62840 ليس أحدها. لماذا هذا؟

يركز WEBENCH على معلمتين أوليتين لمساعدتك في العثور على أفضل جهاز لنظامك:

الخامس_INMIN > V._خارجهي معلمة الفحص الأولى التي يبحث عنها WEBENCH Power Designer في إدخال المستخدم لطوبولوجيا محول باك. إذا كان V._INMIN > V._خارج، ثم يحدد WEBENCH Power Designer محول باك كجزء من قائمة الحلول. إذا كان V._INMIN ≤ ت_خارج، سيقترح WEBENCH Power Designer استخدام محول باك-Boost لتنظيم V._خارج، بدلاً من استخدام محول باك يعمل في وضع دورة العمل بنسبة 100٪. هذا لأن WEBENCH تريد أن تقدم لك حلاً ، حتى لو كان V._INMIN ≤ ت_خارج، الخاص بك V_خارجسيتم أيضًا تنظيمه.

بعد اجتياز الفحص الأول ، يتحقق إعادة الفحص من أن دورة العمل المحسوبة أكبر من دورة العمل القصوى المحددة في ورقة بيانات محول باك. بالنسبة لمحول باك الذي يمكن أن يعمل في وضع دورة العمل بنسبة 100٪ ، يتم استخدام 99.9٪ كحد أدنى. يتم تضمين الخسائر عند حساب دورة العمل. يؤدي هذا إلى زيادة دورة العمل المحسوبة في WEBENCH Power Designer أعلى بكثير من V المثالي_خارج/الخامس_في.

بعد تحديد عدد من الأجهزة ، ينفذ WEBENCH Power Designer تصميمًا تفصيليًا لكل جهاز.

اعتمادًا على معلمات الإدخال المستخدمة ، يمكن ملاحظة ثلاث نتائج مختلفة:

V من طراز TPS62840 WEBENCH Power Designer_في3.2 فولت إلى 6.4 فولت ، أنا_{OUT_MAX} = 0.75 أ و الخامس_خارج = 3.3 فولت (الشكل 3).

الشكل 3: رسالة خطأ عندما يكون جهد الدخل منخفضًا جدًا

بسبب الحد الأدنى من V_فيأدناه V._خارج، فشل تحديث التصميم. فشل هذا التصميم في الفحص الأول بواسطة WEBENCH.

V من طراز TPS62840 WEBENCH Power Designer_في3.6 فولت إلى 6.4 فولت ، أنا_{OUT_MAX} = 0.75 أ و الخامس_خارج = 3.3 فولت (الشكل 4).

الشكل 4: رسالة خطأ عندما تكون دورة العمل عالية جدًا

لن يتم تحديث التصميم لأن دورة التشغيل المحسوبة تتضمن خسائر مثل MOSFET RDSON عالي الجانب ومحث DCR. هنا ، تكون قيمة دورة العمل أكبر من 99.9٪. فشل هذا التصميم في إعادة فحص WEBENCH.

في V._في3.7 فولت إلى 6.4 فولت ، أنا_{OUT_MAX} = 0.75 أ و الخامس_خارج = 3.3 فولت على TPS62840 WEBENCH Power Designer حدد واجهة التصميم (الشكل 5).

الشكل 5: TPS62840 معروض في WEBENCH Power Designer

يوضح المثال الأخير TPS62840 لأن هذا التصميم يجتاز فحصين.

كيفية استخدام WEBENCH Power Designer بشكل أكثر كفاءة عند الاقتراب من دورة عمل 100٪:

أضف دلتا كافية بين جهد الدخل والجهد الناتج لتقليل دورة العمل.

تقليل تيار الإخراج لتقليل الخسائر وتقليل دورة العمل.

يمكّن كلا الحلين WEBENCH Power Designer من التصميم باستخدام TPS62840. في التطبيقات العملية ، يعد تشغيل الوضع بنسبة 100٪ أمرًا طبيعيًا ومقبولًا عادةً من أجل تفريغ البطارية بالكامل. في وضع 100٪ ، ينخفض ​​جهد الخرج لمحول باك مع انخفاض جهد البطارية. لكن هذا لا يزال يناسب مواصفات النظام لمعظم الأحمال.