便携式电子中的电池供电策略
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带自锁功能的双电源供电系统自适应切换电路林为【摘要】许多便携式电子产品使用电池供电,同时使用交流适配器(或USB)作为外部电源,即双电源供电.因此,阐述电池和适配器切换的技术要求,分析常用的双电源切换方案的优缺点.针对适配器或USB提供的电流无法满足负载需求引发的问题,提出了一种带自锁功能的适配器/电池双电源供电系统自适应切换电路.该电路具有简单可靠、成本低等优点,可用于各类充电器产品.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2019(036)005【总页数】3页(P14-15,19)【关键词】电池供电;适配器;双电源;自锁功能【作者】林为【作者单位】佛山职业技术学院,广东佛山 528137【正文语种】中文0 引言许多便携式电子产品使用电池供电,同时使用交流适配器(或USB,下文同)作为外部电源,即双电源供电。
当不插入适配器时,负载由电池供电;当插入适配器时,负载由适配器供电。
在这种双电源供电系统设计中,一个关键问题是解决电池和外部电源(交流适配器)之间的切换。
这个切换过程应该做到自适应平稳无缝切换,无需人工干预,并且要保证输出电压符合要求,同时保证电源的高效率[1]。
此外,当插入交流适配器时,除了切断电池的供电回路,还要考虑适配器对电池的作用:当产品采用非充电电池(如普通碳性电池或碱性电池)时,系统需防止对电池反向充电;当产品采用充电电池(如锂电池或铅酸电池)时,适配器要能通过一个充电管理电路对电池充电。
1 常见的双电源切换方案方案1:单纯靠电源插座(Power Jack)的机械结构进行切换,插入适配器插头的同时断开电池供电触点。
这种方法多见于老式电子产品,存在电压瞬时中断或波动大的问题,容易影响负载的正常工作。
方案2:在适配器支路和电池支路各串联一个肖特基二极管[1],如图1所示,要求适配器电压大于电池电压(如USB 5 V,锂电池3.7 V)。
当插入适配器时,二极管D2反偏截止,只有适配器电源给负载供电;适配器断电或未插入时,电池通过二极管D2向负载供电,二极管D1防止电流从电池流入适配器。
微型逆变器原理及应用微型逆变器是指功率较小的逆变器,通常用于将直流电源转换为交流电源的小型电子设备。
微型逆变器的原理和应用十分广泛,本文将从原理和应用两个方面进行介绍。
一、微型逆变器的原理微型逆变器的原理主要涉及三个方面:PWM调制技术、逆变拓扑结构和控制策略。
1. PWM调制技术:PWM(Pulse Width Modulation)调制技术是微型逆变器中常用的控制技术。
它通过改变输出波形的脉宽,从而改变输出电压的大小。
常用的PWM调制技术有单脉冲宽度调制(SPWM)和多脉冲宽度调制(MPWM)等。
这种调制技术能够保证逆变器输出电压的纹波度较低,提高了输出电压的质量。
2. 逆变拓扑结构:逆变拓扑结构是微型逆变器中的关键部分,常用的拓扑结构有单相桥式逆变器、全桥式逆变器和三相桥式逆变器等。
不同的拓扑结构适用于不同的应用场景,但它们的基本原理都是通过控制开关管的导通和关断来实现直流电源向交流电源的转换。
3. 控制策略:微型逆变器的控制策略主要包括电压控制和电流控制两种。
电压控制策略是通过控制逆变器的输出电压来实现对负载电压的控制;而电流控制策略是通过控制逆变器的输出电流来实现对负载电流的控制。
这两种控制策略可以根据具体应用的要求来选择。
二、微型逆变器的应用微型逆变器广泛应用于各种领域,以下列举了几个常见的应用场景。
1. 太阳能光伏系统:太阳能光伏系统中的光伏电池板产生的直流电需要经过逆变器转换为交流电才能供电给家庭或工业用电。
微型逆变器由于功率小、体积小,适合安装在每个光伏电池板上,实现对每个光伏电池板的独立逆变转换,提高系统的效率和可靠性。
2. 电动汽车充电桩:电动汽车充电桩需要将交流电转换为直流电供电给电动汽车充电。
微型逆变器可以将交流电转换为直流电,并通过控制输出电压和电流来满足不同型号电动汽车的充电需求。
3. 家庭UPS系统:家庭UPS系统是保障家庭用电安全和稳定的重要设备。
微型逆变器可以将直流电池的电能转换为交流电供应给家庭电器,当外部电网发生故障时,微型逆变器可以自动切换为备用电池供电,保证家庭用电的连续性。
2024年应急充电器市场策略一、市场概述应急充电器是一种可以在紧急情况下为手机、平板电脑、数字相机等电子设备供电的移动充电设备。
随着移动设备的普及和无线通信的广泛应用,应急充电器市场呈现出快速增长的态势。
在紧急情况下,人们对手机等电子设备的依赖性越来越高,因此应急充电器作为一种解决紧急充电需求的便携式设备,具有广阔的市场潜力。
本文将对2024年应急充电器市场策略进行分析和探讨。
二、市场需求分析1. 紧急充电需求的增加随着社会发展和科技进步,移动设备在人们生活中的重要性不断提高。
人们对手机、平板电脑等电子设备的依赖性上升,因此对紧急充电需求的增加成为市场的主要驱动力。
2. 移动互联网的普及移动互联网的普及促进了人们对应急充电器的需求。
通过手机可以随时随地获取信息、进行网上购物、社交娱乐等活动,但同时也对电池寿命提出了更高的要求。
人们需要应急充电器来解决手机电量不足、无法充电的问题。
3. 旅行和户外活动的增加随着人们生活水平的提高,旅行和户外活动成为人们的常见选择。
在旅行和户外活动中,无法及时进行电子设备充电是一个常见的困扰。
因此,旅行和户外活动的增加也为应急充电器带来了新的市场需求。
三、市场竞争分析1. 市场竞争对手分析目前,应急充电器市场竞争对手主要包括国际知名品牌和国内新兴品牌。
国际品牌具备较强的市场影响力和产品研发能力,但价格较高;国内新兴品牌则通过价格优势和渠道拓展竞争。
2. 市场发展趋势随着技术的不断进步,应急充电器市场趋向于产品多样化、功能多样化和智能化的发展方向。
同时,随着环保意识的增强,市场对绿色环保型应急充电器的需求也在增加。
四、市场定位与策略1. 市场定位针对不同消费群体的需求差异,可将市场定位为以下几方面:•青年用户群体:追求产品时尚、轻便、潮流的特点,强调充电速度快、设计独特的应急充电器。
•商务人士群体:注重产品的功能性,提供高容量、多接口的应急充电器,满足多设备充电需求。
挪移电源的工作原理挪移电源是一种便携式的电源设备,可以为各种便携式电子设备如手机、平板电脑、蓝牙耳机等提供电力供应。
它通常由锂离子电池、电路板和外壳组成。
在这篇文章中,我将详细介绍挪移电源的工作原理。
一、锂离子电池挪移电源通常采用锂离子电池作为电源储存装置。
锂离子电池具有高能量密度、轻量化、无记忆效应等特点,因此成为了挪移电源的首选电池类型。
锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液组成。
正极通常使用锂钴酸锂(LiCoO2),负极使用石墨,电解液则是由有机溶剂和锂盐组成。
在充电过程中,锂离子从正极迁移到负极,在放电过程中则相反。
二、电路板挪移电源的电路板是控制电池充放电过程的核心部件。
它包括充电管理芯片、升压芯片、保护芯片等。
充电管理芯片负责监测电池的电压和电流,控制充电过程,防止过充和过放。
升压芯片将电池的低电压升压至输出设备所需的电压。
保护芯片则负责监测输出电流,防止过流和短路,保护挪移电源和连接设备的安全。
三、工作原理当挪移电源需要充电时,将其连接到电源适配器或者电脑的USB接口上。
充电管理芯片会检测电池的电压和电流,并根据设定的充电策略控制充电过程。
充电过程中,电池会吸收电流,将电能转化为化学能储存起来。
当电池充满后,充电管理芯片会住手充电,以防止过充。
当挪移电源需要为设备供电时,将其连接到设备上。
升压芯片会将电池的低电压升压至设备所需的电压,并通过USB接口输出。
同时,保护芯片会监测输出电流,以防止过流和短路,保护设备和挪移电源的安全。
挪移电源通常配有LED指示灯,用于显示电池的充电状态和剩余电量。
通过触摸或者按键操作,可以启动或者关闭挪移电源的输出功能。
四、注意事项1. 使用原装电源适配器或者电脑USB接口进行充电,以确保电源的稳定和安全。
2. 避免过度充放电,以延长电池的使用寿命。
3. 避免暴露在高温或者潮湿环境中,以防止电池受损。
4. 不要将挪移电源置于易燃物品附近,以防止火灾事故发生。
UL1973标准中文版
一、标准简介
UL1973标准是关于便携式电子设备中电池供电电源的电气性能和安全性的标准。
该标准旨在确保电池供电的电子设备在正常使用和可预见的滥用情况下都能保持安全。
二、主要内容
1. 电气性能要求:UL1973标准对电池电源的电气性能提出了要求,包括输出电压、电流、功率等参数的限制,以及电源的效率、温升等方面的要求。
2. 安全性要求:该标准对电池电源的安全性也进行了规定,包括对过充电、过放电、短路等异常情况的保护要求,以及防止电击、过热等危险的要求。
3. 测试要求:为了确保电池电源符合UL1973标准,需要进行一系列的测试,包括电气性能测试和安全性能测试。
测试方法和技术指标都应在标准中明确规定。
4. 标识要求:对于符合UL1973标准的电池电源,需要在产品上加贴相应的标识,以便消费者识别。
三、对业界的影响
UL1973标准对电池电源行业产生了深远的影响。
首先,该标准的实施提高了电池电源的安全性能,保护了消费者的安全。
其次,该标准也推动了电池电源技术的进步,促进了行业的健康发展。
此外,符合UL1973标准的电池电源产品也更容易得到消费者的认可,有利于提高产品的市场竞争力。
总之,UL1973标准为电池电源行业提供了一个重要的规范和指导,对于保障消费者安全和提高产品质量都具有重要意义。
正弦波便携式移动电源引言正弦波便携式移动电源是一种创新的便携式电源设备,具备外部断电自动切换、超过额定功率自动保护等功能,广泛应用于户外活动、紧急救援等场景。
在本文中,我们将介绍正弦波便携式移动电源的特点、工作原理、适用范围以及不同电池类型的比较。
一.正弦波便携式移动电源的特点正弦波便携式移动电源具有以下几个特点:1.高效能转换:它能将直流电转换为正弦波交流电,提供纯净无噪音的电源供电。
2.外部断电自动切换:当外部电源断电时,移动电源能自动切换到内置电池供电,保证设备的连续供电。
3.超过额定功率自动保护:当负载功率超过额定值时,移动电源能自动切断输出,以避免对设备的损坏。
4.多种输出接口:移动电源配备多个标准的电源输出接口,适用于不同类型的电子设备。
二.工作原理正弦波便携式移动电源的工作原理如下:1.输入电流转换:当外部电源可用时,移动电源通过内置的充电设备将其转换为直流电。
同时,它会监测外部电源的稳定性和电压波动,以确保输出的稳定性。
2.电池供电:当外部电源不可用时,移动电源会自动切换到内置电池供电。
内置电池充电满后,移动电源将持续提供电源供电,以确保设备连续工作。
3.正弦波输出:移动电源将直流电转换为正弦波交流电,并通过输出接口提供给各种电子设备。
4.安全保护:移动电源内置了多种安全机制,如过载保护、短路保护和过热保护等,以确保使用过程中的安全性。
三.适用范围正弦波便携式移动电源适用于多种场景和设备,包括但不限于:1.户外活动:如露营、徒步旅行、野外拍摄等需要长时间离开电源插座的活动。
2.紧急救援:如自然灾害、停电等突发情况下提供电源援助。
3.便携式医疗设备:如急救仪器、医疗器械等需要可靠电源供应的设备。
4.移动办公:如户外工作、商务旅行中需要为电子设备充电的场景。
四.不同电池类型的比较正弦波便携式移动电源包含不同类型的电池,主要有铅酸电池、锂离子电池和聚合物锂电池。
它们的特点和比较如下:1.铅酸电池:成本较低,容量大,但体积较大、自重较重,充电效率低,寿命相对较短。
电源工程师必备的电源管理技术和策略作为电源工程师,掌握电源管理技术和策略对于确保电子设备的稳定供电和优化能量效率至关重要。
在不断发展的电子设备市场中,电源管理技术的创新和应用能够大大提升设备的性能和可靠性。
本文将介绍几种电源管理技术和策略,助力电源工程师更好地应对日益复杂的电源系统设计。
一、功率因素校正(PFC)功率因素校正是一种常用的电源管理技术,通过使电流与电压之间的相位差尽量小,来提高电源的能量效率和稳定性。
传统的非纠正功率因素的电源装置会引起电网上的谐波问题,造成能耗浪费和电能污染。
而功率因素校正技术则可以通过使用有源或无源方法,使功率因素接近1,从而减少功率损耗,提高电源系统的整体效率。
二、多级转换器多级转换器是一种常用的电源管理技术,通过使用多个转换器级联工作,将输入电能转换成所需的输出电压和电流。
多级转换器能够提供更高的电压转换效率和更低的输出纹波,适用于各种不同的电源系统设计。
例如,对于高压变换和降压变换同时需要的设备,多级转换器可以有效地实现这两个功能,提高供电系统的灵活性和可靠性。
三、电源管理芯片 (PMIC)电源管理芯片是电源系统中重要的一部分,它集成了多种电源管理功能,如稳压、电池充放电管理、供电保护等。
PMIC的应用可以简化电源系统设计、降低成本和提高效率。
现代的电源管理芯片还可以通过集成多个电源转换器和控制算法,实现智能的电源管理策略,提供更好的电源保护和动态供电能力。
四、休眠模式设计为了延长电子设备的电池寿命和节约能源,休眠模式设计是一种重要的电源管理策略。
通过使设备在不使用时进入低功耗休眠状态,可以大幅度减少功耗和能源浪费。
电源工程师可以通过合理设计休眠模式的触发机制和唤醒机制,使电子设备在不影响功能要求的前提下,最大限度地减少功耗和电池消耗,提高设备的能效。
五、智能动态电源管理随着电子设备功能的不断增强和多样化,智能动态电源管理成为电源工程师必备的策略之一。
智能动态电源管理可以根据设备的实际使用情况,动态调整电源供应和管理策略,以实现资源优化和能源节约。
单芯片移动电源方案引言移动电源作为一种常见的便携式电源设备,已经成为现代人日常生活中不可或缺的物品之一。
传统的移动电源通常由多个电池芯片组成,且需要较为复杂的电路设计和布线工作。
然而,随着技术的不断进步,单芯片移动电源方案逐渐成为一种新的趋势。
本文将介绍一种创新的单芯片移动电源方案,旨在简化电路设计并提高整体性能。
背景传统移动电源采用多个电池芯片的并联或串联连接方式,但这种方案存在一些局限性。
首先,多芯片的设计需要相应的接线和电路布局,这增加了电路设计的复杂度和工作量。
其次,由于电池芯片之间的电压差异和内阻差异,可能会导致电流不稳定和能量损失。
此外,多芯片方案通常需要额外的电路保护和管理模块,以确保电池的安全性和可靠性。
设计原则为了解决传统移动电源方案的诸多问题,我们提出了以下设计原则: 1. 单芯片设计:采用单芯片集成设计,将充电、放电、保护等功能集成在一个芯片中,减少电路复杂度。
2. 高度集成化:尽可能将各个电路模块集成在芯片内部,减少外部器件数量,提高整体性能。
3. 高效能量管理:采用先进的能量管理算法和智能充放电控制策略,提高转换效率和能量利用率。
4. 安全保护机制:引入多种安全保护机制,包括过充、过放、过流和短路保护等,确保电池的安全运行。
技术实现基于上述设计原则,我们提出了一套创新的单芯片移动电源方案。
该方案采用了先进的硬件设计和智能算法,实现了高效能量管理和安全可靠的电池管理功能。
单芯片电路设计该方案使用一颗单芯片作为移动电源的主控芯片,集成了充电、放电、保护和管理等功能模块。
该芯片的引脚定义如下: - 电池接口:连接外部电池模组,提供电源供电。
- 充电接口:用于连接充电设备,实现电池的充电功能。
- 输出电接口:连接用户的消费电子设备,提供输出电源。
- 状态指示灯接口:用于显示电池的充电状态和电量,提供用户友好的使用体验。
能量管理算法该方案的能量管理算法采用了智能充放电控制策略,实现了高效能量转换和节能的功能。
用两节电池产生+5V、+12V的电路
由电池供电的便携式电子产品一般都采用低电源电压,这样可减少电池数量,达到减小产品尺寸及重量的目的,故一般常用3~5V作为工作电压,为保证电路工作的稳定性及精度,要求采用稳压电源供电。
若电路采用5V工作电压,但另需一个较高的工作电压,这往往使设计者为难。
本文介绍一种采用两块升压模块组成的电路可解决这一难题,并且只要两节电池供电。
该电路的特点是外围元件少、尺寸小、重量轻、输出+5V、+12V都是稳定的,满足便携式电子产品的要求。
+5V电源可输出60mA,+12V电源最大输出电流为5mA。
该电路如上图所示。
它由AH805升压模块及FP106升压模块组成。
AH805是一种输入1.2~3V,输出5V的升压模块,在3V供电时可输出100mA电流。
FP106是贴片式升压模块,输入4~6V,输出固定电压为29±1V,输出电流可达40mA,AH805及FP106都是一个电平控制的关闭电源控制端。
两节1.5V碱性电池输出的3V电压输入AH805,AH805输出+5V电压,其一路作5V输出,另一路输入FP106使其产生28~30V电压,经稳压管稳压后输出+12V电压。
从图中可以看出,只要改变稳压管的稳压值,即可获得不同的输出电压,使用十分灵活。
FP106的第⑤脚为控制电源关闭端,在关闭电源时,耗电几乎为零,当第⑤脚加高电平>2.5V时,电源导通;当第⑤脚加低电平<0.4V时,电源被关闭。
可以用电路来控制或手动控制,若不需控制时,第⑤脚与第⑧脚连接。
便携式军事应用中的电源管理解决方案随着数字技术的进步,战场上士兵的背包设计迅速发展。
一方面,部队需要有效的通信和即时访问战略信息。
另一方面,设备需要在极端条件下存活,同时保持便携性而不影响性能。
图1:对于数字战场上的现代士兵来说,可靠的电子设备同样重要有效的武器。
锂电池长期以来一直被认为是军事战场上便携式设备的最佳电源。
虽然专业的军用级一次锂电池不易用于商业用途,但有一些商业级单元被指定用于满足极端温度,并且可以用于类似的坚固应用。
Tadiran电池的TL系列就是一个例子。
然而,随着功率密度的增加和成本的降低,可充电锂电池现在变得更加可行。
一个关键优势是它们可以从各种电源进行充电,包括便携式和可穿戴式太阳能电池板以及其他能量收集源。
更轻的锂电- 随着GPS,先进传感器和无线网络等技术的发展,现在战场上部署的军事人员可以使用的便携式电子设备种类繁多。
越来越多的专用军用级可穿戴计算设备正在利用商业技术。
尽管在背包和现场总部中为士兵使用的坚固耐用的便携式计算机的开发做出了相当大的努力,但今天的商用智能手机的剪切功能性能具有巨大的吸引力,尽管尚未得到广泛部署。
同时,为士兵的背包充满电子设备维持电源需要仔细设计和考虑。
低功耗操作和移动充电能力是关键考虑因素。
在所有电池技术中,锂已被证明是小巧轻便的,适用于manpack应用。
当高性能军事系统需要时,它们可以快速释放足够高的功率。
此外,他们可以在长期存储或休眠活动中维持其充电水平。
更重要的是,它们坚固耐用,可在极端温度下工作,同时在损坏时也不会爆炸或点燃,例如用子弹。
直到最近,充电电池还不适合许多军事系统,主要是因为他们没有功率密度,使电池组更大更重。
成本也是一个因素。
然而,可充电设备的性能已得到改善,并且它们在现在部署的越来越多的便携式军用电子系统中被证明特别有用,例如夜视设备,紧急定位信标和基于GPS的跟踪器,以及便携式战术计算机和通信系统。
与非可充电电池相比,它们的较。
便携嵌入式系统电源设计方案本文探讨便携嵌入式系统电源设计的注意事项以及设计中应遵循的准则。
这些原则对任何具有强大功能且必须以电池供电的便携嵌入式系统电源设计都是有帮助的。
根据本文描述的构造模块,读者可以为特定设计选择合适的器件以及设计策略。
为电源电路规定具体的功能和架构模块并非微不足道,这些工作直接影响到电池供电系统的工作时间。
电源系统架构会因嵌入式产品和应用领域的不同而各异。
下图是典型便携嵌入式系统中的电源方案。
下面我们分别定义图中每个组成部分的要求。
假设该产品由电池组或外接电源供电。
电源路径控制器的功能是当有多个电源时,负责切换至合适的电源。
在某些设计中可能需要考虑包括新兴的USB和以太网供电(PoE)等供电方式。
电池保护电路保护电池免受过压、欠压、过热、过流及其它异常状况的损坏;专门的电池充电电路应在一旦有其它供电来源的情况就对电池进行充电;电量计电路连续监测电池电量状况,并为用户和电源管理软件提供电池状态信息。
系统可能需要多个DC-DC功率变换器。
例如开关电源(S MPS)、LDO稳压器、电荷泵等。
这些不同的变换器用于产品设计内所有可能的输入电源和所需的不同电压。
数字接口或硬件按钮控制器负责开启和关闭系统——有时也称软启动。
在一些最近推出的功率变换器中,数字接口也可被用来微调各种变换器产生的输出电压。
在具有功耗意识的电源设计中,这种微调是必需的。
高效电源的标准在嵌入式应用中,电源效率并不限于传统的系统输出功率与系统输入功率之比这样一个定义。
在嵌入式系统,高效电源方案应满足以下标准:1. 采用电池供电时,设备可长时间工作;2. 延长电池寿命(充放电次数);3. 限制元器件和电池本身的温升;4. 提供集成软件智能,以使效率最大化。
事实上,没有单一的指导方针可以最大化电源方案的效率。
不过,设计人员在开发电源系统时会考虑以下几点:电池寿命(充放电次数)取决于电池的充电特性;对锂离子电池来说,制造商通常建议遵循最优充电电流(恒流模式)和终止/预充电电流值。
电池供电的原理
电池供电的原理是利用化学反应将化学能转化为电能。
电池由两种或两种以上的不同金属及其间隔的电解质组成。
一种金属是电极,它与电解质相接触;另一种金属是电极,通过电解质与之接触,两个电极之间形成了电势差。
电池中的化学反应会产生电子,电子在电路中流动形成电流。
在化学反应中,一种金属的原子会失去电子,成为正离子,这些正离子会通过电解质向另一种金属迁移。
同时,在另一种金属上,电解质中的负离子会获得电子,变成原子。
这种电子在电路中的流动可用于供给外部设备使用,如手机、电脑等电子设备。
电池能够持续供电的时间取决于电池中的化学物质用完的速度,当化学反应停止时,电池就无法继续供电了。
根据电池的内部结构和化学反应方式的不同,电池可以分为干电池和蓄电池。
蓄电池能够通过外部电源重新充电,再次被用作电池供电。
而干电池一旦化学物质用完,便无法再充电。
总之,电池供电的原理是通过化学反应将化学能转化为电能,使电子在电路中流动,从而驱动外部设备运行。
急救用品手电筒的作用原理急救用品手电筒是一种便携式照明装置,广泛用于急救、outdoor活动、露营、探险等场合。
手电筒是基于电池驱动的,通过发光二极管(LED)作为光源来提供照明。
下面将详细描述急救用品手电筒的作用原理。
1. 电池供电急救用品手电筒的电源通常是电池,常见的是干电池或充电电池。
当电池与电路连接后,正极与负极之间会形成封闭的电流回路,使电流能够在电路中流动,从而提供能量给手电筒。
2. 电路设计手电筒的电路设计包括电源电路、控制电路和发光电路三部分。
其中,电源电路用于将电池提供的电流转换为适合手电筒正常工作的电流。
控制电路用于控制手电筒的开关、调光和闪烁等功能。
发光电路用于控制发光二极管的工作,使其能够发出白光。
3. 发光二极管(LED)发光二极管(LED)是用于提供照明的主要元件。
它是一种半导体器件,在电流通过时会发出可见光。
与传统的白炽灯相比,LED具有高亮度、高能效、长寿命和抗震动等优点,因此被广泛应用于手电筒中。
4. 光源发光当电流通过LED时,电能被转化为光能,LED开始发光。
LED中的半导体材料会发生光致电致发光效应,使导带中的电子与价带中的空穴再结合,释放出光子能量。
根据半导体材料的不同掺杂,可以产生不同颜色的光,如白光、红光、蓝光等。
5. 光的散射和聚焦手电筒内部通常会使用反射器来改变光线的行进方向。
反射器上有一面光滑的弧形面,当光线达到反射器时,会发生光的反射,使光线在一个特定的方向上聚焦和扩散。
这样,手电筒可以通过调整反射器的形状和材料,从而实现不同的照明效果,如聚光和散射。
6. 灯罩为了保护LED免受损坏,并提供视觉舒适度,手电筒通常会在LED前面安装一个灯罩。
灯罩采用透明或半透明的材料制成,使光线可以穿过,并均匀散射出去,避免过强的光线直接刺激眼睛。
7. 功率调节手电筒通常会设计有不同的亮度模式和调光功能,以满足不同场景的需求。
通过控制电路的设计,可以调节电流的大小,从而改变LED的亮度。
电子设备的电源管理与供电技术随着科技的不断发展,电子设备在我们的日常生活中扮演着重要的角色。
无论是手机、平板电脑还是笔记本电脑,这些电子设备都需要电源来运行。
电源管理与供电技术是保证电子设备正常运行的关键,它涉及到多个方面的知识和技术。
本文将详细介绍电子设备的电源管理与供电技术,并分点列出其步骤和内容。
一、电源管理的意义和重要性1.1 简述电源管理的定义和作用1.2 解释电源管理对电子设备的影响1.3 引出电源管理的重要性二、供电技术的基本原理和分类2.1 介绍供电技术的定义和基本原理2.2 分析不同的供电技术分类2.2.1 有线供电技术2.2.2 无线供电技术三、电源管理的基本步骤3.1 评估电子设备的功耗需求3.1.1 分析设备的各个组件的功耗3.1.2 测试设备在不同运行模式下的功耗3.2 设计合适的供电方案3.2.1 选择适当的电源模块3.2.2 设计合理的电源电路3.3 实施有效的节能策略3.3.1 使用低功耗元件3.3.2 优化设备的休眠与恢复策略3.3.3 提供动态电压调整功能四、供电技术的应用和发展趋势4.1 介绍不同供电技术在电子设备中的应用4.1.1 有线供电技术的应用案例4.1.2 无线供电技术的应用案例4.2 分析供电技术的发展趋势4.2.1 更高效的充电技术4.2.2 太阳能、燃料电池等新能源的应用五、电源管理与供电技术的未来展望5.1 探讨电源管理与供电技术的未来发展方向5.2 分析电源管理与供电技术在智能家居、物联网等领域的应用前景六、结论总结电子设备的电源管理与供电技术的意义和作用,并展望其未来的发展前景。
通过对电子设备的电源管理与供电技术的详细介绍,我们可以清楚地了解到这一领域的重要性和影响力。
在不断进步的科技中,电源管理和供电技术的研究将不断提高电子设备的效能,延长电池寿命,改善用户体验。
同时,随着物联网等新兴技术的发展,电源管理和供电技术将面临新的挑战和机遇。
便携式电子中的电池供电策略摘要:随着电池在人们的日常生活中日益普及,选择何种电池和低功耗设计方案,已成为电池供电产品的开发能否取得成功的关键。
由于当今半导体技术的发展比电池技术更加迅速,电源管理设计是使用户深切感受到产品优劣的关键所在。
关键字:电池,设计方案,解决方案,芯片,电感,开关稳压器不仅是便携式娱乐设备和手持产品采用电池供电应用,此类应用在绿色产品中也有用武之地,例如光伏(PhotoVoltaic,PV)应用和电动车(ElectricalVehicle,EV)等。
随着电池在人们的日常生活中日益普及,选择何种电池和低功耗设计方案,已成为电池供电产品的开发能否取得成功的关键。
由于当今半导体技术的发展比电池技术更加迅速,电源管理设计是使用户深切感受到产品优劣的关键所在。
除了安全性、成本和尺寸外,将电池的运行时间最大化并延长其使用寿命,对于电池供电应用的系统设计来说也是极其重要的。
随着用于驱动便携式应用的电池技术不断增多,需要选择合适的方法来对可充电电池进行放电和充电。
本文首先回顾适用于便携式应用的一般电池策略,然后将讨论采用当今集成解决方案的电源管理和电池管理电路设计。
主要的电池技术电池技术可简单地分为两类:不可充电型和可充电型。
不可充电电池在使用一次后即废弃,称为一次性电池。
碱性电池是最常见的家用一次性电池。
市面上也有碱性可充电电池,但不在本文的讨论范围内。
典型碱性电池具有大约 1.5V至 1.65V的浮动电压,标称电压为 1.2V,寿命结束时的电压为大约0.9V.单节碱性电池寿命结束时的电压可低至0.7V-0.8V,具体取决于负载电流。
表1展示了一些常见的碱性电池配置。
某些应用可采用多种配置,具体取决于产品外形、系统要求、可用解决方案和功耗预算。
例如,某种无线光电鼠标解决方案的工作电压范围是 1.8V至 3.2V.该鼠标使用2节串联配置的碱性电池便可正常工作,无需附加稳压电源。
如果需要极其紧凑的鼠标设计,则2节AA/AAA碱性电池可能不适用。
在这种情况下,可使用单节AA/AAA碱性电池来减少所占空间,但需要用升压转换器将电压升至 1.8V.表1:碱性电池配置的比较可充电电池被认为是二次电池,每次使用后都可将电量尽可能恢复到原始状态,直至电池寿命结束。
本文将以锂离子电池(Li-Ion)、锂聚合物电池(Li-Poly)和镍氢电池(NiMH)为例进行说明。
镍氢电池是很好的碱性电池替代品,因为其外形和工作电压范围与碱性电池类似。
传统镍氢电池的一个缺点是自放电率高(每月约20%,如表2所示),但有一家领先的电池制造商已克服了这一难关,其推出的镍氢电池系列在生产12个月后仍可保持至少85%的电容量。
恢复镍氢电池的电量有简单且低成本的解决方案,但采用双重截止充电方法(通过充电电流和工作环境来指定)的嵌入式充电器将获得最优性能。
双重截止充电方法结合了温度随时间升高和电压随时间降低(或不变)的特性。
表2:电池化学性能的比较锂离子电池目前被认为是成熟的电池技术,已广泛应用于移动电话和汽车等领域,因为与十年前相比,其生产成本更低且性能更好。
在设计多节电池系统时,单节标称电压为 3.6V的电池具有巨大优势,可减少2/3的电池节数。
锂离子电池在质量和体积上的高能量密度使其适用于多种便携式应用,例如个人媒体播放器或无线蓝牙(Bluetooth)耳机。
但是,需要提供保护电路,以将锂离子电池可能导致的危险(例如过充或过热)降至最低限度。
锂离子电池的使用寿命相对较长(可充电500-1,000次),如果每天都对电池充电,在至12年后才需要更换。
设计合理的锂离子电池电源管理系统将延长电池使用寿命,并提高整个系统的可靠性。
电池供电应用中的集成电路()IC除了系统的主芯片组(如果含有的话)外,现代电池系统设计通常至少含有以下集成电路(integrated circuit,IC)中的一种:1. 电源管理单元(Power Management Unit,PMU)2. 单片机单元(Microcontroller Unit,MCU)3. 电池管理单元(Battery Management Unit,BMU)本部分将讨论这些IC以及如何选择适当拓扑以延长电池运行时间并达到设计目标。
PMU在系统中提供调节后的电压或电流。
某些稳压功能集成在主芯片组内。
但是,由于布线复杂性、EMI问题和性能不足(包括电源输出通道数不够或负载能力不足等),仍需要单片式转换器。
单片式电压转换器可提供单个或多个输出。
电池供电应用常用的功率调节拓扑包括但不限于线性稳压器、开关电容稳压器和电感开关稳压器。
所有这些拓扑的功能都是一样的,即在设计的电流范围内对输出电压进行稳压(如直流-直流转换器),或在指定的电压范围内调节电流(如LED驱动器)。
每种拓扑可能都需要单独一篇文章来进行介绍。
本文重点介绍电源管理设计的基础知识。
在选择稳压器时,很容易想到低压差稳压器(Low Dropout Regul ator,LDO)。
LDO的EMI问题最少,并且需要的外部元件数通常也最少。
POUT = VOUT x IOUT 公式 1PIN = VIN x (IOUT + IQ) 公式2η = POUT / PIN = VOUT x IOUT / VIN x (IOUT + IQ) 公式 3IQ 《 IOUT时,η = VOUT / VIN 公式 4图1演示了LDO的效率。
如果输出电流远大于静态电流(IQ),则可以忽略IQ.对于线性电路,输入电流等于输出电流与静态电流之和。
因此,效率可简化为输出电压除以输入电压,如公式4所示。
在电池供电设计中,IQ非常重要,因为待机时间将决定更换一次性电池的频率或对二次电池进行充电的频率。
延长待机时间的方法之一是选择低IQ器件。
图2展示了两种LDO(MCP1700与TC1017)的效率比较图。
负载电流很小(如100μA)时,MCP1700 LDO的效率比TC1017高25%.但是,在负载电流超过10 mA后,两种器件间的差异便不是很明显了,如图1所示。
此结果也证明了公式 4.图1:LDO效率与输出电流的关系尽管低IQ可延长待机时间,但也存在与此相关联的性能下降问题,例如对线路瞬变和负载的响应时间变长,以及对电源噪声的抑制能力变弱。
图2展示了一个负载响应时间的示例。
图2的结果表明,如果性能对于设计很重要,不容有任何损失,那么在不提高成本的情况下,很难保持较低的IQ.克服此障碍的另一种方法是选择具有关断或待机功能的器件。
例如,MCP1802 LDO工作在10 kHz时的电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)高达70dB,但其只消耗25μA的静态电流。
处于关断模式时,MCP1802 LDO仅提供10nA的典型待机电流。
这一便利的功能有助于在系统关闭时将功耗降至最低。
开关稳压器和MCU等器件可采用相同的理论来延长待机时间。
图2:MCP1700与TC1017的LDO负载阶跃响应比较开关电容稳压器也称为电荷泵。
此概念包括倍压器、分压器、负压发生器和直流-直流稳压器等。
为了将电荷泵用作稳压器,器件通常先将电压倍增,然后将稳压后的电压送至所需输出。
当输入电压与输出电压之间的差异较小时,转换过程中会有能量损失。
因此,可使用多级电荷泵来帮助提高效率。
图3a和3b展示了MCP1256系列的双模式电荷泵操作。
图3a:MCP1256/7/8/9电荷泵的 1.5X能量传输操作图3b:MCP1256/7/8/9电荷泵的2X能量传输操作充电阶段完成后,传输阶段开始。
此阶段将能量从快速电容传输至输出。
MCP1256/7/8/9器件会自动在 1.5X模式与2X模式之间切换。
这决定了在能量传输至输出后,快速电容是改为并联(1.5X模式)还是保持串联(2X 模式)。
传输模式决定了闭合哪些开关以进行传输。
图4:MCP1256/7/8/9电荷泵效率与VIN的关系= POUT / PIN = VOUT x IOUT / VIN x 1.5 x IOUT = V OUT / VIN x 1.5 公式 5η = POUT / PIN = VOUT x IOUT / VIN x 2 x IOUT = V OUT / VIN x 2 公式 6公式5用于计算 1.5X工作模式下的效率,而公式6用于计算2X工作模式下的效率。
图4显示了多级电荷泵的模式转换和特性。
随着负载的增加,最小输入电压也会增加。
因此,实际的最小输入电压与所需负载电流相关联。
输入接近于输出时,1.5X工作模式可提高效率。
相似的多工作模式概念同样适用于直流-直流转换器。
图5展示了典型升压转换器的应用电路。
除了脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)和脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)模式外,转换器还可工作在旁路模式下,以将特定情况下的不必要功耗降至最低。
图5:MCP1640电路配置(6引脚SOT-23封装)单片机(MCU)对延长电池寿命也起到重要作用现在的MCU厂商不仅致力于最大化处理速度,而且还在不断尝试在性能与功耗之间找到平衡点,尤其是在电池供电应用中。
由于当今器件所需晶体管数不断增加,传统休眠模式已无法再满足现代系统设计人员与消费者的需求。
许多MCU厂商尝试提供深度休眠模式来满足这些需求。
典型MCU功耗主要分为两类--静态功耗和动态功耗。
晶体管的泄漏功耗为静态功耗。
动态功耗发生在运行时。
nanoWatt XLP是一项可采用的技术,旨在提供比上一代休眠方法更长的电池寿命。
nanoWatt XLP技术可为欠压复位(Brown-out Reset,BOR)、实时时钟/日历和看门狗定时器提供更小的电流。
表3显示了各类具有深度休眠模式的MCU,该模式可提供更长的待机时间,并且可以很好地与前文所述的电源管理IC配合工作。
表3:深度休眠模式MCU示例*WDT和/或RTC栏下的数值包括基本休眠电流。
图6:电池寿命估算器GUI示例为帮助设计人员估算电池运行时间,MCU厂商提供了可根据输入信息来计算电池可能寿命的工具。
利用估算器工具,产品设计人员可确定适合目标应用的电池,并了解如何通过所选元件将运行时间最大化。
图6中所示的nanoWatt XLP电池寿命估算器即为此类工具之一。
恢复可充电电池的电量有多种不同方法。
嵌入式充电系统的灵活性最高,而分立式充电管理单元可实现紧凑设计。
当然,总是存在不用管理充电过程的低成本方法。
我们不建议使用这种方法,尤其是分立式IC现在已经非常便宜的情况下。
现代充电管理系统采用各种各样的充电方法为镍氢或锂离子电池充电。
图7展示了典型的电池充电管理系统IC,该IC需要最少量的外部元件,有助于减少设计尺寸和成本。