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串联电压基准提高锂离子电池充电管理的精确度

时间:2019-01-26 来源: 关键字:   

 电压参考对于确保任何测量应用的准确性至关重要。对于采用能量收集技术的传感器应用,工程师需要管理非常紧凑的功率预算,超低功耗电压基准可提供所需的精度,同时消耗极少的电流。使用ADI公司,Intersil公司,凌力尔特公司,Maxim Integrated公司,德州仪器公司和Touchstone半导体公司等制造商提供的可用器件,工程师可满足精确低功耗电压基准的需求。

用于监控实际特性,精度的应用取决于对已知电压参考执行测量的能力。在传感器系统中,稳定的参考电压对于ADC的精确数据转换至关重要,或者对于需要仔细控制优化锂离子电池操作所需电压的能量存储设计至关重要。设计人员可将凌力尔特公司的LTC6802锂离子电池监测器与Linear LT1461电压基准结合使用,以提供高精度的锂离子电池充电管理(图1)。

 

串联电压基准提高锂离子电池充电管理的精确度

 

图1:电压参考文献提供了应用所需的高精度,例如那些取决于锂离子储能所需的精确充电管理的应用(由Linear Technology提供)。

电压基准旨在提供具有高精度和稳定性的已知输出电压。当然,由于制造和环境条件,任何真实设备都会受到理想的变化。制造商的数据表为工程师提供关键器件特性的规范,旨在传达由于内在和外在因素引起的输出电压误差。

性能特征

在电压参考性能规范中,一些最重要的包括初始精度,温度漂移,长 - 长期稳定性,热滞后,噪声,线路和负载调节,以及一般工作特性,如电源电流和电压范围。精密电压基准如下所述具有单位数mV初始精度,低两位数的温度系数(ppm/°C)和μV噪声电平。

电压基准IC可用于多种性能选项,但它们的基本特征来自它们作为分流参考或系列参考的基本拓扑(图2)。

 

串联电压基准提高锂离子电池充电管理的精确度

 

图2:分流参考(a)通常是类似齐纳的双端器件运行中的二极管,而串联参考(b)通常是三端器件,更接近低压差(LDO)稳压器(德州仪器公司提供)。

分流器件是双端器件,具有简单的优点在广泛的操作条件下设计和良好的稳定性。虽然它们在操作中类似于齐纳二极管,但它们通常可用作掩埋齐纳二极管或带隙器件。分流参考使用外部电阻设置电流,允许它们在高电源电压下使用,并在设计中配置为负电压或浮动参考。另一方面,这些器件将未使用的电流分流到地,导致低负载条件下的能量浪费。

系列参考

相比之下,串联基准电压的功耗仅限于负载电流和它们自身的静态电流需求,使其成为功率预算紧张的能量收集应用的理想选择。具有超低功耗要求的串联电压基准在整体系统稳定性方面提供了进一步的优势。通常,电压基准需要显着的导通时间,以使输出电压稳定在所需的参考电平。在静态电流足够低的情况下工作的器件允许工程师不断为其供电,确保传感器应用的最高精度和最小延迟。稳定的常开电压基准可消除数据转换,电池监测或其他关键测量应用中死区时间的可能性,因为在需要限制能量的应用中,可能需要关闭更耗电的电压基准IC以节省功耗。

工程师可以在器件系列中找到具有几十μA静态电流的电压基准,包括ADI公司的ADR291/ADR292,Intersil ISL60002,Linear Technology LT6656,Maxim Integrated Products MAX6018,Texas Instruments REF3312AIDCKT和Touchstone Semiconductor TS6001。

Analog的ADR291/2器件具有低至12μA的静态电流,初始精度可用于不同的器件等级,包括ADR291的±2 mV,±3 mV和±6 mV或±3 mV,±4 mV和±6 ADR292的最大mV。

凌力尔特公司的LT6656精密电压基准的初始精度为0.05%。与此同时,该公司指出,与同类产品中的所有设备一样,单个部件将显示平均值的正常变化,要求工程师考虑高精度应用的各个部件差异(图3)。

 

串联电压基准提高锂离子电池充电管理的精确度

 

图3:由于制造和物理变化,各个电压基准IC的性能特性将偏离理想的数据表规范(由Linear Technology提供)。

与此类别中的其他串联型器件一样, Maxim Integrated Products MAX6018系列具有几乎与电源电压无关的电源电流,电源电压仅为0.1μA/V变化。 Maxim提供采用纤巧SOT23-3封装的MAX6018,旨在满足紧凑型设计的要求。

同样,德州仪器也提供采用SOC23-3和SC70-3封装的REF33xx系列。与同类产品中的许多其他器件一样,REF33xx系列可以在非常接近输出参考电平的电源电压下工作。在正常负载条件下,工程师可以在高于指定输出电压180 mV的电源电压下操作REF33xx,但REF3312除外,其最小电源电压为1.8 V.

低温漂移对于获得一致的结果非常重要改变热条件,此类设备通常具有低漂移特性。 Touchstone半导体TS6001结合了27μA电流要求和低于0.08%的初始输出电压精度,低输出电压温度系数为7 ppm/°C,在各个部件上保持大致均匀(图4)。 img src = 3》

图4:精密电压基准IC具有低温漂移,在不同单元之间保持很大的一致性(由Touchstone半导体公司提供)。

具有μA级静态电流的器件,如上所述,领先的性能特性,工程师可以找到具有更低电流要求的部件。 Intersil ISL60002采用专有的浮动门模拟技术,可实现低至350 nA的静态电流。凭借其超低电流要求,ISL60002为工程师提供了使设备保持通电以进行连续操作的选项。另一方面,ISL60002的极低电源电流导致内部电路偏置所需的导通时间更长,这表明在将电压基准器件特性与应用性能要求相匹配时常见的折衷方案。

除了基本的参考功能外,工程师还可以找到先进的串联型电压基准,集成超出精密电压输出的附加功能。凌力尔特公司的LT6700将其电压基准电路与两个带滞后的片上比较器结合在一起,采用6引脚SOT-23或小型DFN封装。 LT6700的工作电流仅为6.5μA,工程师可以使用开集电路比较器输出轻松地将电压监控建立在低功耗应用中。

精密电压基准对于许多能量收集应用中的精确测量功能至关重要。串联型电压基准IC提供稳定工作和极低电流消耗的组合,以确保这些设计的精度。使用可用的电压参考设备,工程师可以确保从传感器系统到关键锂离子电池电压监测电路等应用所需的精确测量。

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