Li-ion/Polymer二次電池的應(yīng)用方案
Li-ion/Polymer二次電池用于許多設(shè)備，也被用于物聯(lián)網(wǎng)/傳感器、可穿戴設(shè)備以及工業(yè)設(shè)備的備份。
對一次電池追加為匹配充電控制和電源電壓的超低消耗降壓是有代表性的電源配置。介紹為更加減小電流消耗進行的研究、以及為傳感器、無線通信提供低噪聲電源供給、適用于備份用途電源路徑的OR連接以及遭遇凍結(jié)等設(shè)備異常時的對策。
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| 框圖 | 要求項目 | 推薦產(chǎn)品 | 特征 |
|---|---|---|---|
|
Charger 用于Li-ion/Polymer充電 |
所需規(guī)格 CV: 4.2V, CC: 200mA 其他 ● 使用內(nèi)置電池NTC進行溫度控制 |
XC6803(XC6804/XC6808) |
線性鋰電充電器 ●簡單的NTC充電控制使其適用于USB或其他5V充電 ●充電電流可通過電阻設(shè)定 ●根據(jù)充電電壓,電流選擇與引腳兼容的產(chǎn)品 XC6803 (4.2V, 40~280mA), XC6804 (4.2V, 200~800mA), XC6808 (4.2V, 4.35V or 4.4V, 5~40mA) 輸入電壓: 4.5~6V CV: 4.2V CC: 40~280mA 溫度監(jiān)控：符合JEITA標(biāo)準(zhǔn)（其他3種類型） |
|
理想二極管 用于 5V 電源輸入和電池電源軌的OR連接 |
所需規(guī)格 SBD替代，無電壓損失防止回流 5V電源供電時，不消耗電池電流 其他 5V電源輸入斷開時立即切換到鋰電池供電 |
XC8110/XC8111 |
理想二極管負載開關(guān)IC ●搭載完全防止回流功能的負載開關(guān)IC ●Vf=20mV的理想二極管功能 ●反向偏置時Iq = 0μA 輸入電壓: 1.5~6V 輸出電流: 500mA (XC8110), 1A (XC8111) |
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降壓 / LDO 用于MCU |
所需規(guī)格 輸出電壓: 3.0V（啟動時） / 1.8V（休眠時） 輸出電流: 50mA 其他 ●為MCU切換輸出電壓 ●輕負載時（1μA至10μA）的高效率 |
XC9276(XCL210) |
超低功耗以及具備輸出電壓切換（VSET）功能的降壓型DC/DC ●超低功耗 200nA ●VSET功能根據(jù)MCU的狀態(tài)進行輸出電壓切換（休眠時降低輸出電壓，實現(xiàn)低功耗） ●線圈一體型產(chǎn)品XCL210（無輸出電壓切換功能） 輸入電壓: 1.8~6.0V 輸出電壓: 0.6V~3.6V（可選擇2種電壓） 輸出電流: 150mA Iq: 200nA |
| XC6504 |
低功率輸出無電容器穩(wěn)壓器 ●良好的性價比/節(jié)省安裝面積 ●低功耗 0.6μA ●無需輸出電容器 輸入電壓: 1.4~6.0V 輸出電壓: 1.1V~5.0V 輸出電流: 150mA Iq: 0.6μA |
||
|
降壓 / LDO 用于RF/Sensor |
所需規(guī)格 輸出電壓: 3.0V 輸出電流: 100mA 其他 ●通過MCU控制ON/OFF ●低噪聲 |
XCL205/XCL206 |
線圈一體型降壓DC/DC、PWM（XCL205）、PWM/PFM（XCL206） ●低紋波，低 EMI ，線圈一體型，適用于RF/傳感器 輸入電壓: 1.8~6.0V 輸出電壓: 0.8V~4.0V 輸出電流: 600mA 工作頻率: 3MHz |
| XC6233(XC6215) |
快速瞬態(tài)響應(yīng)/高紋波消除穩(wěn)壓器 ●低噪音，適用于RF/傳感器 ●出色的瞬態(tài)響應(yīng)，適用于RF的電流變動 ●對于100kHz以上噪聲高的用途，低功耗穩(wěn)壓器XC6215可能更適合 輸入電壓: 1.7~5.5V 輸出電壓: 1.2V~3.6V 輸出電流: 200mA |
||
|
RESET 用于電池電壓監(jiān)控器 |
所需規(guī)格 檢測電壓: 3.0V 超低電流消耗 |
XC6136N(XC6135C) |
超低功耗電壓檢測器 ●100nA級別功耗，對電池負擔(dān)極小 ●Li-ion/Polymer和MCU的電源電壓不同，Nch開漏輸出 ●需要減少電流消耗，可選擇感應(yīng)端子分離（XC6135）的CMOS型 輸入電壓: 1.1~6.0V 檢測電壓: 1.2V~5.0V Iq: 150nA@2.7V |
| Push Button Reboot |
所需規(guī)格 長按Push按鈕，重置MCU |
XC6190 |
Push Button 重啟控制器 ●設(shè)備死機或其他異常時強制重置/重啟 ●通過長按一個或同時按住兩個Push按鈕來復(fù)位MCU ●可與MCU控制Push按鈕通用 ●未按下按鈕時，幾乎沒有電流消耗 輸入電壓: 1.75~6.0V 重啟延遲時間: 1~20 sec Iq: 0.01μA（未按下按鈕時） |
解決方案概要
使用Li-ion/Polymer二次電池的IoT器件需要充電用電池充電IC和將電壓降至MCU的電源電壓范圍內(nèi)的降壓DC/DC或穩(wěn)壓器。
電路框圖(a)中列出了一個簡單的配置示例。
電池充電IC
首先，我將說明電池充電IC的用法。
充電電壓（CV : Charge Voltage）和充電電流（CC : Charge Current）是基本選擇。根據(jù)所需的充電電流，選擇充電IC和電阻RISET。
電池充電IC
XC6808: 5mA ~ 40mA
XC6803: 40mA ~ 280mA
XC6804: 200 mA ~ 800 mA
本電路框的Li-ion/Polymer電池是內(nèi)置NTC，外置PCM（電池保護電路）的情況。無論內(nèi)置/外置都需要PCM。
關(guān)于NTC，如果沒有內(nèi)置在電池中，請注意放置場所并將其外置。
如果不需要NTC，請通過電池充電IC指定的方法處理NTC連接引腳。
這里顯示充電狀態(tài)的CSO引腳已用于向MCU發(fā)送充電情況。
CSO引腳為N溝開漏輸出，已通過電阻上拉到MCU的電源，以使信號的“H”電平與MCU的I/O電壓范圍相匹配。
如果用LED顯示充電狀態(tài)，則通過限制電流用電阻驅(qū)動LED，使該電源從VIN獲得。這是為了避免用充電IC供應(yīng)的充電電流驅(qū)動LED。
VIN中放置了浪涌保護用TVS。因為是外部引腳，可能會有ESD等浪涌、及劣質(zhì)USB適配器在無負載時也可能會產(chǎn)生相當(dāng)高的電壓，要用TVS和齊納二極管采取對策。
關(guān)于MCU專用降壓DC/DC及LDO
Li-ion/Polymer電池高達CV = 4.2V或4.35V，一般來說，最大3.8V左右的MCU需要降壓DC/DC或穩(wěn)壓器。
在IoT設(shè)備中，MCU許多期間在Sleep狀態(tài)下工作，因此IOUT從μA級（Sleep時）到100mA以上（工作峰值時）必須高效。
通過將在超低消耗的同時搭載輸出電壓切換（VSET）功能的降壓DC/DC用于此用途，可進一步改善電池的耐久性。
如果使用輸出電壓切換功能，即使使用電流相同也能降低工作電壓，可大大降低功耗。
一般來說，MCU因內(nèi)置的RF、模數(shù)和高速運算等，所以在工作時需要較高的電源電壓，但可在Sleep時以最小電壓工作。
例如，Sleep時通過將VOUT從3.0V降至1.8V，可減少MCU的功耗，大幅改善電池的耐久性。
降壓DC/DC
XC9276：Iq = 200nA, 輸出電壓切換功能
XCL210：線圈一體型 Iq = 0.5μA (無輸出電壓切換功能)
如果要廉價配置解決方案，穩(wěn)壓器適合。
此外在可充電的應(yīng)用程序中，即使是效率低下的穩(wěn)壓器，有時也會被判斷沒有問題而使用。
穩(wěn)壓器
XC6504: Iq = 0.6μA, 無需輸出電容
關(guān)于RF/Sensor專用降壓DC/DC及LDO
RF和傳感器也因電池電壓高而需要降壓DC/DC和穩(wěn)壓器。
RF中重要的是低紋波且低EMI。
降壓DC/DC
XCL205: 線圈一體型 PWM, 3MHz/高效率/低EMI
XCL206: 線圈一體型 PWM/PFM, 3MHz/高效率/低EMI
僅在需要MCU時，設(shè)CE=“H”，工作降壓DC/DC，向RF和傳感器供應(yīng)電壓使之工作。
停止時，不僅會停止RF和傳感器的功能，也會停止降壓DC/DC的工作，可使電池長時間使用。
要抑制工作時的紋波，使其噪聲頻率恒定，PWM固定型適合。
如果有輕載的工作狀態(tài)，則使用PWM/PFM轉(zhuǎn)換（自動切換工作模式）型。
如果要使用穩(wěn)壓器，高紋波抑制/低噪聲且像RF一樣的消耗電流變化陡峭的負載瞬態(tài)響應(yīng)出色的高速LDO最適合。
此外，傳感器用途中100kHz以上的噪聲重要的情況下，會有高頻噪聲低的低消耗型比高速型更適合的情況。
穩(wěn)壓器
XC6233: 高速
XC6215: 低消耗
關(guān)于RESET IC
使用超低消耗電壓檢測器可監(jiān)視電池電壓。
MCU的電源電壓與檢測的電池電壓不同，因此要使用N溝開漏型，通過電阻上拉到MCU的電源電壓，并將信號傳遞給MCU。
如果想降低檢測后的上拉電阻消耗電流，將監(jiān)測（VSEN）引腳從電源（VIN）引腳中分離，并使用CMOS輸出型。
通過從MCU的電源電壓獲得電源，可使用CMOS輸出型。
電壓檢測器
XC6136 N型: Iq～100nA (N型 : N溝開漏輸出)
XC6135 C型: Iq～100nA，傳感引腳分離型 (C型 : CMOS輸出)
關(guān)于Push Button重啟控制器
關(guān)于作為死機對策而附加的Push Button重啟控制器。
Push Button 重啟控制器
XC6190
Li-ion/Polymer的IoT設(shè)備一般不能拆卸電池，所以需要在死機等設(shè)備異常時進行復(fù)位并使之重新啟動的功能。
本例中有兩個MCU控制用按鈕，Push Button重啟控制器與其共同使用。
死機時，同時持續(xù)按下兩個開關(guān)，規(guī)定的時間過去后，RSTB下降到“L”，可復(fù)位MCU。RSTB為N溝開漏輸出，因此將上拉到MCU的電源電壓。
這里是向MCU發(fā)送了RESETB信號，另外也有例如控制驅(qū)動MCU電源的降壓DC/DC的CE，通過長按RESET關(guān)閉DC/DC來強制重新啟動的方法。
理想二極管負載SW
電路框圖 (b) 分別顯示了 5V電源供電和 Li電池供電的電源路徑和 OR 連接的情況。它適用于在充電過程中消耗大量電流以及使用鋰電池作為備用電池的電子設(shè)備。
供電路徑的OR連接一般采用SBD，由于VF而產(chǎn)生0.3V～0.5V的壓降成為損耗，極大地影響鋰電池設(shè)備的使用壽命和備份時間。
理想二極管負載SW的VF僅為20 mV，損耗非常小。適用于需要延長電池使用壽命的設(shè)備。
一般附帶防止回流的負載SW，只有在一定的逆流后才能停止，不能作為SBD的替代品。而理想的二極管負載SW 始終可以防止回流，可以放心地用于各種使用電池供電的設(shè)備。
理想二極管負載 SW
XC8110: 500mA
XC8111: 1A
如上所述，通過配置最佳功能的IC，可實現(xiàn)設(shè)備所需的低噪聲、長壽命的高性能器件。
關(guān)于特瑞仕半導(dǎo)體株式會社
特瑞仕半導(dǎo)體株式會社(總公司：東京、東證第一部: 6616)從 1995年設(shè)立以來，作為國內(nèi)唯一的模擬電源IC的專業(yè)廠家，以「Powerfully Small」為產(chǎn)品制造追求的目標(biāo)，提供增加客戶產(chǎn)品的附加值的世界最小級的高效率模擬電源IC以及可以加快客戶產(chǎn)品開發(fā)的電源設(shè)計方案。
特瑞仕的產(chǎn)品以國內(nèi)為首，通過海外6家分公司7處銷售點銷往世界各地，被廣泛用于工業(yè)機器，汽車用品，通信，電腦產(chǎn)品，穿戴電子等市場。
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傳感器
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電池
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IOT
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原文標(biāo)題：【工業(yè)設(shè)備/IoT應(yīng)用方案】Li-ion電池工作機器/IoT/備份
文章出處：【微信號：gh_454737165c13，微信公眾號：Torex產(chǎn)品資訊】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
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