如何延长流量计电池的使用寿命

流量计使用锂二氧化锰 (LiMnO2) 和锂亚硫酰氯 (LiSOCl2) 电池供电。与 LiMnO2电池相比 LiSOCl2 电池可实现更高的能量密度和更出色的每瓦成本比，因此普遍用于流量计。但是，LiSOCI2 电池的脉冲响应较差，这会导致瞬态电流负载期间电压大幅下降。

可以将混合层电容器 (HLC) 或双电层电容器等缓冲元件与 LiSOCl2 电池组合使用以提高其脉冲负载能力，但 HLC 和 LiSOCl2电池的可靠组合成本高昂，并且会影响仪表的总成本。由于电池对流量计的维护要求和寿命也有影响，因此将降压/升压转换器与 LiSOCl2电池相结合的替代方法有助于降低整体解决方案成本并延长流量计的使用寿命。

本文将介绍使用降压/升压转换器和 LiSOCI2电池时的五个优秀实践，以更大限度地延长电池寿命并降低总体维护和成本要求。首先，我们讨论一些常见的设计挑战。

设计智能流量计系统时的关键设计难题

典型的流量计系统包含五个重要组成部分：计量前端、通信前端、微控制器 (MCU)、电源管理集成电路和保护前端。

除了这些要求外，流量计通常外形小巧，必须在现场运行 15 年以上，且维护成本应尽可能低。

典型流量计的功耗概况

表 1 列出了标准流量计的功耗概况，分为三种工作模式。

表 1：标准流量计的功耗概况

借助降压/升压转换器设计流量计的优秀实践

为了帮助延长智能流量计设计的电池寿命和性能，请考虑采用以下五个优秀实践。

优秀实践 1：限制电池提供的峰值电流

如图 1（取自 SAFT LS17330 电池的数据表）中所示，LiSOCl2 电池通常不支持智能流量计中使用的无线电通信系统所需的高动态范围曲线。解决这个问题的一种方法是使用 TPS63900 降压/升压转换器和一个缓冲元件来过滤电池电流。

图 1：+20°C 下的 SAFT LS17330 典型放电曲线

优秀实践 2：使输出和输入电压电平保持独立

实现独立的电压电平可优化从电池汲取的输入电流曲线以及提供给负载的输出电流。这种做法还简化了输入和输出之间缓冲元件的使用。

优秀实践 3：使用工作电流较低

且待机电流低于 500nA 的转换器

为了优化系统的能源使用，转换器的平均电流消耗与系统的电流消耗相比必须可以忽略不计。例如，如果流量计的平均电流消耗约为5µA，则转换器的待机电流应低于500nA。

优秀实践 4：尽可能降低电源系统的电压

将系统视为由转换器供电的电阻。保持低电源电压可以减少系统消耗的待机电流。

优秀实践 5：通过动态电压调节优化

每种工作模式的电压负载

如图 2 所示，TPS63900 的动态电压调节功能使转换器能够动态改变其输出电压，从而在理想工作点为负载供电。

图 2：基于 TPS63900 的电池前端

测量数据

在以下条件下进行负载瞬态测量：

待机电流 (Iout)：999ms 内为 158µA

活动电流 (Iout)：1ms 内为 97.4mA

输入电压 (Vin)：3.6V

输出电压：3.0V

输出电容：300µF

如图 3 和图 4 所示，TPS63900 能够过滤从电池汲取的输入电流，同时保持出色的效率和对输出电压的调节。

图 3：TPS63900 的脉冲响应

图 4：TPS63900 在输入电压为 3.6V 时的效率

结语

通过在 2.5mm x 2.5mm 封装或 21mm2总解决方案尺寸中结合超低待机电流消耗、出色的瞬态响应、输出噪声水平和动态电压调节，TPS63900 可帮助解决使用 LiSOCl2 电池时遇到的难题，以及传统的更复杂高成本方法在很长时间内都无法解决的难题。

图 5：TPS63900 解决方案面积

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原文标题：技术干货 | 延长流量计电池寿命的5个优秀实践

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审核编辑:汤梓红