如何克服电池电压瞬态效应和变化

我们都经历过这样的情形，当需要使用一个电子设备时，发现设备的电池已经没电了。在很多年间，我们的便携式电子设备受到了电池寿命和尺寸的限制。随着锂离子电池成本的持续走低，以及电荷密度的不断增加，运行时间更长，更加令人兴奋的电子设备将大量涌现。由于应用开始向着使用多节电池组的方向发展，设计人员将在克服电池电压瞬态效应和变化的同时，面临着将较高电压转换为紧凑电子电路可用电压的问题。

这些示例包括无人机、吸尘器机器人、电动工具、以及电动自行车等。开发人员倾向于使用电压更高电池组来增加充电之间的电池续航能力。目前，无人机的飞行时间被限制在大约25分钟，而电动自行车单次充电后的最大行驶里程可以达到50英里。电池使用寿命将随着更小巧、更高电压电池的使用而增加。

所有这些应用的一个共性就是电机，它会对电源电压产生有害的瞬态效应，诸如电机反冲和可以高达输入电压两倍的电感尖峰脉冲。如果未相应地设定输入电压额定值，那么这些较高的电压会损坏系统电源解决方案，以及其它内部电路。如果电机突然停止或减速，一个负电流会被泵入电源，从而导致电源电压增加。在下面的图中，通道1显示的是电源电流、通道2显示的是电源电压，而通道3显示的为电机速度。

图1：由于电机减速而导致的电源泵入。

当电机减速时，电源电压大幅下降。如果电池的DC/DC转换器未被额定在较高的电压下运行，这将损坏系统电源解决方案，并有可能对下游元件造成损坏。

在设计一个系统时，选择一个支持宽输入电压范围的DC/DC转换器可以最大限度地减少，通常情况下是免除了对于外部瞬态保护电路的需要。这不但简化了设计，而且极大地减小了解决方案尺寸。使用DC/DC转换器，能使运行电压较高的系统可以耐受电源电压的增加，并保持输出上的电压稳压。TI的LM5000系列器件具有针对高达42V/65V电压的输入电压额定值，非常适合于处理12V/24V系统内的瞬态。例如，LM5007和LM25011非常适合于保护系统不受电源电压短时增加的影响，而这种情况在这些系统中经常发生。对于电压更高的24V/48V输入总线，诸如LM5116的100V同步降压控制器能够处理这些系统中最差的瞬态情况。具有宽输入电压范围的控制器和转换器为高压电池组应用提供了非常不错的解决方案，并且保护系统不受瞬态效应的影响，以使器件能够在这些条件下保持运行。

图2中显示的是一个电池组电源设计的简化方框图。

图2：高压电池组系方框图。

在你打算创建最新的、最棒的便携式或自主电子设备时，考虑会出现的最差系统瞬态效应，并选择一个能够保护下游电路的宽VIN DC/DC器件。

审核编辑：彭菁