能量收集中的集成电路/芯片（ICs）简化备份电源

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能量收集中的集成电路/芯片（ICs）简化备份电源

电力需求的周期性峰值或环境能量来源的偶然波动，可能会在没有警报的情况下，离开能量收集电路。单节锂离子电池可提供电源的方便水库，但需要小心控制充电和放电周期。为了实现能量采集设计备用电源，工程师可以通过多种电源管理IC(PMIC)和能量采集装置的供应商，包括ADI公司，凌力尔特，美信集成和德州仪器等等找到现成的解决方案。
单节锂离子电池可提供生存环境，能源或周期性增长的电力需求的偶尔的损失需要有足够的能量储存平顺的动力波动。与此同时，管理不当，这些细胞可导致内部失衡，最终将降低能量存储容量，甚至不可逆地损害细胞本身。

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可充电锂离子电池依靠在阳极和阴极之间的锂离子的过程中放电和充电循环(图1)的迁移。如果电池放电低于其推荐的最小电压，锂能板块的阴极，甚至导致内部短路。如果一个单元变得过充电，锂可类似地沉淀在阳极和创建的内部短路，如果过充电继续。

锂离子电池放电(左)和电池充电的图像(右)

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图1：如果锂离子电池放电(左)低于最低电压，锂可以收集在阴极和创建的内部短路;如果小区电荷(右)超过最大电压，在阳极上锂集合可以类似导致短路。 (索尼提供)

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为保证正常的运行，最大容量和扩展的寿命，电池制造商提供了严格的规范对安全的充电和放电他们的产品的过程。的最大速率充电和放电电流被定义相对于电池容量，表示为C单元。因此，例如，经受其1℃放电速率的电池将名义上从满充电走在一小时内排空。

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该过程对于充电锂离子电池如下的特性信息，第一使用1℃的恒定电流，使一个细胞到其目标电压，然后施加一个恒定电压源，直到电池达到其最大充电状态。恒定电流和恒定电压模式之间的切换通常必须严格的公差范围内保持。对于严重枯竭细胞中，这种特性充电过程之前通常与使用的较低的电流，例如0.1℃使细胞正常的最小值。

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而商业的多节锂离子电池组的集成保护电路出售，单节锂离子电池，如FDK ML621，精工电子MS412FE，还是松下ML1220要求设计者建立适当的保护机制。随着专用的锂离子充电管理IC，适用能源采集芯片的可用性，工程师有机会获得广泛的能解决锂离子电池要求的设备。

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锂离子电池管理芯片
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锂离子电池管理芯片的设计，用于监视电池的电压，并且结束充电，如果电池电压超过一个预置值。在放电过程中，这些装置被设计成从负载隔离的小区时电池电压低于预先设定的值。

目的是提供一个集成的解决方案，以锂离子电池的管理，如凌特LTC4071和德州仪器BQ24210设备通常可以很容易投进的设计，需要一些额外的组件，以支持锂离子电池的需求。例如，所述的凌力尔特LTC4071只需要一个外部电阻以提供完整的锂离子电池充电的溶液(图2)。

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图2：锂离子电池管理芯片，如凌力尔特LTC4071电池充电器IC提供用于保护锂离子电池的过充电和过放电一个简单的解决方案。 (凌力尔特公司提供)

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线性设计LTC4071以锂离子电池的那种低电流或经常与周围的能量收集相关的间歇性充电源充电。该器件提供了一个低电池断开功能，消耗小于0.1 nA的，同时也保护了锂离子电池的潜在的破坏性过放电。同样，ti BQ24210只需要几个外部电阻，同时提供一套广泛的电池管理功能，包括电池检测，预充的大量耗尽的电池，快速充电，充电终止，电池温度监测等。

组合功能
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除了专用的锂离子电池管理器件，如线性LTC4071和TI BQ24210，工程师们可以找到专门的芯片，结合能量收集功能与锂离子电池管理功能。例如，美信集成MAX17710被设计从各种低功率源，同时保持所需的细胞的充放电电压，以获取能量。片内升压转换器可以充电的来源低至750 mV的锂离子电池，而一个单独的输出调节器包括内部电压保护功能，阻止细胞过度放电。

德克萨斯仪器BQ25570还采用了内置式增压器，同时从微瓦级的周围的来源收获能源的外部锂离子电池充电。其片上的最大功率点跟踪(MPPT)控制器有助于优化能源资源的输出功率，同时其电池管理功能，防止过充锂离子电池和过放电。在操作过程中，该装置断开与负载的小区时细胞输出低于1.95五预设欠压阈值如果单元充电电压达到与外部电阻编程的过电压阈值，则设备禁止片上升压充电器。此外，该装置提供一个可编程的“电源良好”信号，经营独立的欠压和过压阈值特征的信号的应用时，该设备的输出电压工作在可接受的水平。

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设备，如凌特LTC3331和ADI公司ADP5090结合能量收集功能与特点专门设计，支持电源备份需求。例如，线性LTC3331集成了一个单独的电源路径，使操作从备份锂离子电池时从环境来源能量低于所要求的水平的完整能量采集电源。在操作过程中，当足够的采集的能量可用，则设备禁止降压 - 升压调节器供电的电池，降低细胞功耗220 nA的。此外，该器件采用过量采集的能量进行充电，其集成的电流并联电池充电器锂离子电池。当所采集的能量低于最小值，该装置将其输出切换到小区驱动降压 - 升压调节器，以允许从锂离子电池的负荷继续运作。该LTC3331包括一个低电池断开功能，旨在防止过度放电通过断开电池以一个可编程的阈值电压。

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ADI公司的ADP5090是一种能量收集IC集成了升压调节器，片上MPPT功能，以及备份电源管理。事实上，随着从收获的能量源的功率，该ADP5090可以将电力提供给从备用电源使用一次电池的负载，如熟悉cr2032或使用可再充电电池，如那些上述(图3)中提到。

ADI公司ADP5090图片

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图3：锂离子电池管理技术（如线性技术ltc4071电池充电器芯片）为保护锂离子电池的过充电和过放电提供了一个解决方案

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该ADP5090的集成功率路径管理控制装置自动切换从能量采集，一次电池，或根据需要可再充电电池的电源。当足够的采集的能量可用，则ADP5090使用该供电负载和充电二次电池。而二次电池的充电用其升压调节器，ADP5090监视电池电压，当电压达到可编程充电终止电压时，设备终止通过禁用升压调节器充电。如果所采集的能量低于要求的水平，该装置禁用升压转换器和辅助小区连接到负载。如果电池电压低于可编程放电保护阈值电平，该设备断开电池。如果这两个单元的电压和收获的能量输出下降低于所需的水平，该ADP5090可以驱动从备份主电池的负荷。

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0 O: @) \* Q  \4 Q) `结论

锂离子电池提供用于在在常温能源波动满足峰值功率需求或确保操作方便的解决方案。尽管如此，这些单元电池需要小心控制用单元电压和电流，以避免造成不可挽回的损失。为了应对这些挑战，工程师们可以设计与集成的能量收集功能，这些功能专用的锂离子电池管理功能或专门IC芯片的优势。利用这些设备，工程师可以增强他们的设计与锂离子电池备用电源用最少的附加组件。

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