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(多图) 可携式装置电池技术与电源管理设计

2009年01月09日 ?? 收藏0

  可携式装置在电源应用,分为几项主要用途,如讯息传递、数据储存、娱乐功能、数据查询与其它装置连结…等,都会让电力产生耗损,而行动动装置电力来源常见是以较不具记忆效应的锂电池,作为电源供给主要来源,本文以锂电池电源管理设计为主轴,剖析目前电池类电源管理的关键设计…

  过去行动数字装置受限于技术瓶颈,各种功能尚未被开发,电源损耗通常以讯息传递与简易信息储存为主,如电话簿、简讯…等。而行动数字装置发展至今除品项多元,技术与数据更新速度变快,加上无线传输技术频宽提升,数据查询与娱乐功能形成电源消耗的主要因素,数据查询仰赖无线网络传输,亦需有足够功率电力传送才能达成。

  娱乐功能随嵌入显示器尺寸提升,动画、色彩变化、声音…等多媒体技术运用,常处于「连续时间性」使用状态,因此,在未来发展着重于电池电力来源的控制与管理,和电池容量、充/放电控制,而另一部分容易被忽略的便是充电管理。

充电电池类别表

  行动数字装置电池电源管理

  可携式装置的电池,讨论其电源管理,可从电源管理功能、电源管理方式及电源管理困难处…等3大影响层面进行探讨。

  电池电源管理主要功能,是在各种不同系统产品中,因行动数字装置不同组件,在使用电压各有其不同范围与等级,为求可准确控制系统中电压及电流变化现况,电源供电必须正常发挥系统既有功能外,还要防止电源供电正常、且安全

  设计上需要有1套系统,让电源管理可以分别依照不同状态、效率(如电量使用、保护、休眠…等)精确处理电力控制及表现。

电池已成为行动装置电力重要来源

图说:电池已成为行动装置电力重要来源。(菁山科技)

  制造商生产产品时,预留电池空间得在产品设计与功能取得平衡,目前行动装置趋势,走向轻薄短小外,又有功能日益多元倾向,在兼具这2点诉求考虑下,还需要更长的待机时间与使用寿命。在这些诉求下,电路设计工程师产生了1个两难局面,电池或是电池组需提供更多电源给系统,另一方面,可携式产品模块规划在大幅缩小体积要求下,给电池模块的空间与电池容量却相对减少。

  除不断提升电池模块效能外,也大幅降低模块体积,以配合制造业需求,然而,目前更普遍的做法则是提供可替换方案,让电池部分可随着电力用罄,让使用者随时替换充满电力的电池因应。可重复充放电的电池类型,从早期镍镉、镍氢电池,到目前广泛使用的锂离子电池。因锂离子能量密度高,及无记忆效应…等特性,目前已成为笔记型计算机或手机电池模块主流。

  电池组安全性设计

  有鉴于低电压、低耗电量和更长电池寿命…等要求,可携式产品应用需求兴起,电源供应设计工程师,需要有高速、精确的充电组件,以充份利用电池蓄电力,同时还得提高电源转换效率和降低功耗实现电池节电设计。

  以笔记型计算机电池组为例,1个电池组要包含以下组件,电池本体、2组保护IC、温度传感器、保险丝组、LED指示灯。电池本体的质量会直接影响效能与寿命,特别是可用时间,这点将会是决定性的关键。

笔记型计算机电池组

锂电池组包含电池与IC

图说:锂电池组包含电池与IC,其中控制IC提供安全性防线。(菁山科技)

  第1道保护IC功能,在于防止电池在充电状态下,避免过度充电与过度放电,间接影响电池使用寿命与安全性,也防止电池因不正常充/放电造成短路;第2道保护IC则用于防止电压过高,避免造成供电不稳。

  另1个电池功能保护区块,则着重于温度控制,透过温度感测装置与保险丝搭配,防止电池周围环境温度影响,及电流过大造成温度急遽上升,透过此装置可形成另1种安全屏蔽。至于灯源指示,目前电池系统用法不一,有的厂商将LED配置于充电设计上,有的则以主机系统本体为主,另外还有1种做法则是将指示灯直接安置于电池中。

  相较于其它种类电池,锂电池特别仰赖保护电路设计,以防止过度充电或过度放电,尤其面对不同类型电子设备使用,在电路设计工程方面更需多重考虑,以做出细腻的保护规划,防止因锂离子过度活跃而产生爆炸的可能性,因此,新材质的融合首要任务既是保障电池的安定性!

  此外,电力存量检测判定,以目前作法区分简易与进阶2种不同类别,通常在手机上方可以看到电池图像的电力存量表,有时会发现明明还有2格,可是电力不到10分钟就消耗完毕,这类型就属于简易的存量办测装置,虽可约略了解电力状态,但检视结果却是相对不准确。

  进阶电力量测判定装置,提供详细现存电容量和电池健康信息,除可精准了解目前电量百分比,还可额外提供可携式装置进行电源应用管理的必要响应信息。

  一般被忽略问题在于充电管理,在目前讲求时效的环境中,需更快速的充电功能奥援,因此,市场充斥快速充电工具。但快速电力输入技术,换来的是锂电池处于危险环境中进行充电,尤其在大量电流流入引发电池本体热能产生,不但加速电池劣化,也容易让电池因过热而失控。

  所以,在IC设计工程需安置多重、且独立的保护机制,主动侦测电池内部状态,充电来源也为满足消费者多元环境,必须能接纳各式电源供应,包含USB供电、汽车配接器、交流电配接器埠,甚至电源转换器,不但产生电压/电流输入差异,还需面对不稳定的突波控制,热插拔突然电流进入与中断。


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电池? 电源管理? 安全?

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