電子發燒友網報道(文/黃山明)在儲能系統中,電池等能源存儲設備輸出的電壓可能會因充放電狀態、負載變化等因素而波動。這時就需要有LDO能夠將輸入電壓穩定地轉換為固定的輸出電壓,為儲能系統中的控制電路、監測電路、通信電路等提供穩定的電源,確保這些電路的正常工作,防止因電壓波動導致的電路故障或性能下降。
LDO是低壓差線性穩壓器(Low-Dropout Regulator)的簡稱。它是一種直流-直流(DC-DC)線性穩壓芯片,主要功能是在輸入電壓變化或負載電流變化的情況下,能夠輸出穩定的直流電壓。
可以把LDO想象成一個智能的“電壓調整器”。輸入電壓就像是上游的水源,水位(電壓)可能會有波動;LDO就像是一個帶有自動調節閥門的水管,輸出電壓則是從水管末端流出的水。這個“閥門”(調整管)會根據實際情況自動調整開合程度,使得流出的水(輸出電壓)始終保持在一個穩定的水平。
在儲能系統中,當系統上電后,輸入電壓施加到LDO的輸入端,LDO開始啟動工作。此時,恒流源電路為整個LDO電路提供偏置電流,使電路中的各個元件能夠正常工作,基準源電壓也隨之快速建立。
若由于負載電流增大等原因導致輸出電壓下降,采樣電阻將檢測到這一變化,并將其反饋至誤差放大器的反相輸入端。誤差放大器將反饋電壓與基準電壓進行比較,由于輸出電壓下降使得反饋電壓低于基準電壓,誤差放大器的輸出電壓將上升。
該上升的輸出電壓驅動調整管增加導通程度,使調整管的等效電阻減小,從而降低輸入輸出之間的壓差,促使輸出電壓上升,直至接近基準電壓,實現穩壓作用。
而在儲能系統的運行過程中,負載電流可能會不斷變化,LDO需要實時動態地調整輸出電壓。當負載電流發生階躍變化時,由于調整管和電路中的電容、電感等元件存在一定的響應時間,輸出電壓會出現短暫的波動。但由于LDO的閉環反饋控制作用,誤差放大器會迅速檢測到輸出電壓的變化,并及時調整調整管的導通程度,以快速恢復輸出電壓的穩定,這個過程體現了LDO對負載變化的快速響應能力。
市場中的儲能LDO方案
在儲能中,LDO既能夠單獨使用,也可以作為儲能系統與微逆變器之間的電壓調節器。這需要取決于具體的應用場景與需求。
目前市場中的LDO技術已經相對成熟,隨著半導體技術的不斷進步,LDO穩壓器的性能也在不斷提升。現代LDO穩壓器通過采用先進的制造工藝和優化的電路設計,實現了更低的壓差電壓和更高的轉換效率。同時,為了滿足不同應用場合的需求,LDO穩壓器還具備寬輸入電壓范圍、輸入電壓監測與保護、低功耗設計等特性。
比如TI推出的TPS7A4700,輸入電壓范圍2.7V至18V,輸出電壓可在0.8V至5V之間調節,具有低噪聲、高電源抑制比的特點,能夠為對噪聲敏感的電路提供穩定的電源,適用于儲能系統中的控制電路、通信電路等。
ADI的ADP1706輸入電壓范圍2.3V至5.5V,輸出電壓可在0.8V至3.6V之間調節,具備高精度的輸出電壓精度和良好的線性調整率,可確保為儲能系統中的高精度電路提供穩定準確的電源,常用于數據采集電路、精密測量電路等。
國內的如矽力杰的SY8088系列,輸入電壓范圍2.5V至5.5V,輸出電壓可在0.8V至3.6V之間調節,具有低功耗、高效率的特點,其內部集成了多種保護功能,如過溫保護、過流保護等,可有效提高系統的穩定性和可靠性,適用于各類儲能系統中的電源轉換和穩壓電路。
石芯電子的MF9006HEH201是一款集成能量管理、充放電管理等功能的微能量收集管理芯片中的LDO穩壓器。該芯片內部包含兩個LDO,低電壓LDO輸出支持最大負載電流20mA,輸出電壓1.2V/1.8V 可選;高電壓LDO輸出支持最大負載電流80mA,輸出電壓1.8V-4.2V可選/可調,且均可通過管腳進行開關控制,適用于一些低功耗、小型化的儲能系統應用場景,如無線傳感器節點等。
芯必達的IM6L4X20通過了AEC-Q100認證,具有較高的可靠性和穩定性,適用于汽車電子等對可靠性要求極高的儲能系統。其輸入電壓范圍、輸出電壓范圍等具體參數根據不同的應用場景和設計要求有所不同,可滿足汽車儲能系統中的各種電源管理需求。
小結
在儲能系統中,LDO不僅提高了系統的穩定性和效率,還增強了系統的靈活性和成本效益。隨著儲能技術的不斷發展和應用需求的日益增長,LDO將在儲能系統中發揮更加重要的作用。
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