流量計使用鋰二氧化錳 (LiMnO2) 和鋰亞硫酰氯 (LiSOCl2) 電池供電。與 LiMnO2電池相比 LiSOCl2 電池可實現(xiàn)更高的能量密度和更出色的每瓦成本比，因此普遍用于流量計。但是，LiSOCI2 電池的脈沖響應較差，這會導致瞬態(tài)電流負載期間電壓大幅下降。

可以將混合層電容器 (HLC) 或雙電層電容器等緩沖元件與 LiSOCl2 電池組合使用以提高其脈沖負載能力，但 HLC 和 LiSOCl2電池的可靠組合成本高昂，并且會影響儀表的總成本。由于電池對流量計的維護要求和壽命也有影響，因此將降壓/升壓轉換器與 LiSOCl2電池相結合的替代方法有助于降低整體解決方案成本并延長流量計的使用壽命。

本文將介紹使用降壓/升壓轉換器和 LiSOCI2電池時的五個優(yōu)秀實踐，以更大限度地延長電池壽命并降低總體維護和成本要求。首先，我們討論一些常見的設計挑戰(zhàn)。

設計智能流量計系統(tǒng)時的關鍵設計難題

典型的流量計系統(tǒng)包含五個重要組成部分：計量前端、通信前端、微控制器 (MCU)、電源管理集成電路和保護前端。

除了這些要求外，流量計通常外形小巧，必須在現(xiàn)場運行 15 年以上，且維護成本應盡可能低。

典型流量計的功耗概況

表 1 列出了標準流量計的功耗概況，分為三種工作模式。

表 1：標準流量計的功耗概況

借助降壓/升壓轉換器設計流量計的優(yōu)秀實踐

為了幫助延長智能流量計設計的電池壽命和性能，請考慮采用以下五個優(yōu)秀實踐。

優(yōu)秀實踐 1：限制電池提供的峰值電流

如圖 1（取自 SAFT LS17330 電池的數(shù)據(jù)表）中所示，LiSOCl2 電池通常不支持智能流量計中使用的無線電通信系統(tǒng)所需的高動態(tài)范圍曲線。解決這個問題的一種方法是使用 TPS63900 降壓/升壓轉換器和一個緩沖元件來過濾電池電流。

圖 1：+20°C 下的 SAFT LS17330 典型放電曲線

優(yōu)秀實踐 2：使輸出和輸入電壓電平保持獨立

實現(xiàn)獨立的電壓電平可優(yōu)化從電池汲取的輸入電流曲線以及提供給負載的輸出電流。這種做法還簡化了輸入和輸出之間緩沖元件的使用。

優(yōu)秀實踐 3：使用工作電流較低

且待機電流低于 500nA 的轉換器

為了優(yōu)化系統(tǒng)的能源使用，轉換器的平均電流消耗與系統(tǒng)的電流消耗相比必須可以忽略不計。例如，如果流量計的平均電流消耗約為5μA，則轉換器的待機電流應低于500nA。

優(yōu)秀實踐 4：盡可能降低電源系統(tǒng)的電壓

將系統(tǒng)視為由轉換器供電的電阻。保持低電源電壓可以減少系統(tǒng)消耗的待機電流。

優(yōu)秀實踐 5：通過動態(tài)電壓調節(jié)優(yōu)化

每種工作模式的電壓負載

如圖 2 所示，TPS63900 的動態(tài)電壓調節(jié)功能使轉換器能夠動態(tài)改變其輸出電壓，從而在理想工作點為負載供電。

圖 2：基于 TPS63900 的電池前端

測量數(shù)據(jù)

在以下條件下進行負載瞬態(tài)測量：

待機電流 (Iout)：999ms 內為 158μA

活動電流 (Iout)：1ms 內為 97.4mA

輸入電壓 (Vin)：3.6V

輸出電壓：3.0V

輸出電容：300μF

如圖 3 和圖 4 所示，TPS63900 能夠過濾從電池汲取的輸入電流，同時保持出色的效率和對輸出電壓的調節(jié)。

圖 3：TPS63900 的脈沖響應

圖 4：TPS63900 在輸入電壓為 3.6V 時的效率

結語

通過在 2.5mm x 2.5mm 封裝或 21mm2總解決方案尺寸中結合超低待機電流消耗、出色的瞬態(tài)響應、輸出噪聲水平和動態(tài)電壓調節(jié)，TPS63900 可幫助解決使用 LiSOCl2 電池時遇到的難題，以及傳統(tǒng)的更復雜高成本方法在很長時間內都無法解決的難題。

圖 5：TPS63900 解決方案面積

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原文標題：技術干貨 | 延長流量計電池壽命的5個優(yōu)秀實踐

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審核編輯:湯梓紅