用降壓/升壓轉換器延長流量計電池續航力

作者 : Wenhao Wu、Alex Pakosta，德州儀器(TI)

本文說明可將電池的峰值負載去耦的有效方法，範圍則為數百毫安培，以藉此延長電池續航力…

鋰亞電池(LiSOCI₂)是常用於智慧流量計的選擇，因為相較於鋰錳電池(LiMnO₂)等電池化學物質，鋰亞電池可提供較高的能源密度和較佳的每瓦特成本比率。LiSOCl₂電池的缺點之一在於其對峰值負載的回應較差，而這會導致可用的電池容量下降。因此在本文將說明可將電池的峰值負載去耦的有效方法，範圍則為數百毫安培，以藉此延長電池續航力。

將可用電池容量最大化至關重要，因為這樣一來，系統設計即可提供以下支援：

• 以相同電池進行更多次讀表和數據資料傳輸作業；
• 延長相同電池的使用壽命；
• 以較小的電池達到相同的運作壽命。

前述整體效果讓我們能將單一流量計設計重複用於更多種流量計中，因此可將電池成本、維修成本以及開發成本皆降至最低。

成功的量表設計需要能維持更長的運作時間 (超過15年)，同時實現如閥門控制、數據資料記錄和數據資料傳輸等功能。延長電池續航力是可延長量表運作時間的有效方法。但是若在電池和負載之間沒有任何功率緩衝器的情況下，直接將電池連結至負載，則量表的複雜負載輪廓可能會對電池的使用壽命性能造成損害。

根據電流等級而定，可將標準量表的負載消耗輪廓分為待機模式、中階模式和主動模式。每種模式對電池續航力的影響都不同：

• 待機模式會消耗5µA~100µA。這主要是來自量測、微控制器和保護電路的靜態電流(I_Q)。雖然其絕對值非常小，但一般都是影響量表壽命的主要因素。在待機模式下，任何連接的DC/DC轉換器I_Q都應介於奈安培範圍內，且任何功率緩衝器的洩漏都應極小，以改善效率。
• 中階模式會消耗2mA~10mA。RX階段的類比前端通常是造成此負載的因素。若要將此模式下的能源損耗降至最低，功率緩衝器的效率至關重要。
• 主動模式消耗的電流最高。在主動模式下，負載通常來自驅動閥和TX階段的類比前端，並且需要20mA至數百毫安培的電流。若直接從LiSOCl₂電池汲取前述大小的電流，會導致電池可使用容量降低。

TI的60nA I_Q降壓/升壓轉換器TPS61094可協助延長電池續航力，同時在待機、中階和主動模式中，都能保有優異的效率。

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