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电芯正在被自适应功率优化彻底改变

发布日期:2023-11-15     170 次

  “如果您想要节约能源和缩减开支,那么最好的方法就是关掉所有的电子设备。”

  尽管这个建议简单至极,却是一切能耗优化管理行为背后的基本原理和不二法门,所谓的自适应功率优化也不例外。对于采用电池供电的电子设备而言,一旦选定了合适的电池电芯供应商并将其电芯纳入到设计环节,接下来就需要由 PMIC 将电芯的续航时间发挥到极致。

  要实现这一目的,最好的方法就是保证所连接的电路系统能够以最小负载维持运转。按照这一原则,嵌入式便携电子设备工程师可通过对电源管理控制系统进行编程,将输出电压连接器处的源电压尽量保持在 3.6V,同时准确估测出(并尽量避免)一切有害条件。在此过程中我们会遇到这样一种情况:电流吸收会导致电压水平降至“红色阈值”以下,这意味着该电压无法继续维持负载电路的运转。


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  图 1:物联网设备在各种运行条件下的典型电流分布情况

  现代 PMIC 的内部电路系统可通过重新调节来维持以下两种特定条件:

  1.适应加载配置以提供最高输出功率

  2.通过预测工作条件来智能分配电能

  控制回路算法必须仔细检测负载变化条件,例如因负载下降而急速出现的电流峰值等等。电源转换器的调节工作包括检测此类条件,并启动针对功率 MOSFET 相关电路拓扑的应对措施,从而以可控的方式(即能够将效率损失控制在最低水平的方式)调节工作频率。

  这项工作用到了受控通信信号流,并需要重新调节各个转换阶段之间的并行配置,故而堪称“电子的艺术”。

  必要的仪器需求

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  图 2:配有自动化软件的典型测试台,用于分析电池供电的便携式设备的特性

  为了测试 PMIC,您必须为实验室添置一些必要的台式仪器。这些仪器将帮助设计师尽可能真实地还原现实生活中的场景。

  您需要考虑能源(电池)的电压和电阻变化,或是刚刚提到过的负载变化。如果您能通过一款高品质的万用表来监视电路中的信号,同时还原所有源端条件和负载条件,那么该万用表将成为您手中评估套件的理想搭档(前提是这个万用表足够紧凑,仍能够为您放置笔记本电脑留出空间)。

  由于您需要用笔记本电脑来运行完成 PMIC 编译(和重新编译)工作所需的模拟软件,如果该仪器带有自动化软件配套插件,可用于记录、跟踪、报告以及轻松准确地应用多项仪器设置,则可以为您提供更大的便利。此外,如果该软件应用程序能够帮助工程师彻底免除繁琐的编程操作,并为其提供完成工作所需的真正核心功能,那就更好了。

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  图 3:KickStart 控制软件模拟电池信息的屏幕截图

  ?Keithley SourceMeter 和 Kickstart 软件

  可以将 Keithley SourceMeter™ 设置为电压源,在设置特定电池电流速率时,将所需充电电流设置为电流限制;并可将其用作恒流电源为电池充电,直至电压达到所编程水平为止。此外,还可将 SMU 设置为用于“耗散”功率的受电装置。SMU 将吸收电池中的电流,同时跟踪流入的放电电流。

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  图 4:利用 Keithley SMU 完成锂离子电池充放电

  您可利用脚本来自动设置电池的充电和放电循环;这些脚本可通过仪器上受支持的通信接口或特定的软件应用程序来控制 SMU,进而达到这一目的。Sourcemeter™ 可在电池充电或放电时以及电流流入和流出时测量电池电压,并创建随时间变化的电压和电流分布图;这些宝贵的数据能够帮助您确定自适应功率优化是否达到了预期效果。

  为了帮助您简化测试设置并彻底免除编程工作,可以选择 Keithley Kickstart 软件,从而能够为整个 Keithley SMU 产品组合;所有 DMMS、DAQ 和电源,以及部分泰克 AFG 和大多数泰克示波器提供支持。Keithley 的 KickStart 软件专业电池模拟器应用程序可帮助您加快电池建模、电池模拟和仿真以及电池循环测试的进程;您可以先免费试用 30 天,然后再行决定是否需要购买本产品,以解锁开发测试台的全部潜能。


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