產品設計的關鍵點:如何準確評估電池供電裝置的功耗與損耗?

目前的絕大多數可移動的電子產品裡都含有乾電池、鋰電池,這些電池的容量差別很大,甚至在一些非標類產品中,電池的容量大得離譜,當然這麼做的主要目的是為了延長產品的使用時長,儘可能減少使用者充電或者更換電池的頻率,不過作為一個設計者來說,我覺得從設計的環節節省功耗同樣可以解決問題。

產品設計的關鍵點:如何準確評估電池供電裝置的功耗與損耗?

要做到儘可能降低產品功耗就需要知道如何準確計算功耗,這裡我可以分享一些之前的經驗給大家,我總結了以下幾點:

1、先從大功率器件入手計算功耗

大功率器件對於電能的消耗是比較明顯的,從理論上我們可以先查一下它的工作引數,對於大功率器件有兩部分功耗需要注意,第一是有效輸出,第二是自損功耗,我們拿MOS管來做說明,MOS管的主要目的是將電能傳輸給對應的負載,比如說電動機,馬達,也就是將電能轉換為機械能,絕對理想情況下,我們希望轉換效率是100%,也就是電能全部轉換為機械能,這也就是說沒有自損功耗,可是由於MOS管本身的內阻會導致一部分的能量被消耗掉,所以我們需要根據電流和MOS管導通後的結壓來計算損耗,然後加上輸出功率就得出了這部分的具體功耗。

產品設計的關鍵點:如何準確評估電池供電裝置的功耗與損耗?

2、DC/DC與LDO晶片工作效率和靜態功耗要關注

對於大多數小產品來說,待機功耗是一個必須要關注的點,所以處於休眠狀態下的產品的損耗需要格外留意,小產品中比較常用的供電晶片主要有兩種一種是DC\DC一種是LDO,通常情況下晶片的設計者會提供電源晶片的測試規格和指標結果,但是我們不可以按照上面的指標來做功耗計算,這是因為廠家提供的指標多數帶有測試條件,比如輸出負載的大小、輸入電壓的範圍、溫度特性,還有選用的外部器件,當這些條件全部滿足時,有些DC/DC的晶片的轉換效率可以達到90%,而實際產品設計的時候我們不可能全部滿足廠家的測試條件,所以只能從一般的經驗來判斷,我通常都會按照轉換效率60%來計算DC/DC功耗;我們再來看一下LDO的情況,LDO重點要看一下它的IQ值,很多產品的待機時間取決於這個條件,為了保證功耗計算的可靠性,通常我會按照2倍的值來計算結果。

產品設計的關鍵點:如何準確評估電池供電裝置的功耗與損耗?

3、電池容量按照減半原理進行估算

無論是鋰電池還是普通的乾電池,在使用過程中放電曲線通常都是非線性的,也就是說,電池容量比較大的時候放電速度慢,容量小的時候放電速度快,所以在充分估算功耗的前提下,如果計算使用時長,要按照電池標稱容量的一半進行計算。

產品設計的關鍵點:如何準確評估電池供電裝置的功耗與損耗?

以上只是基本的功耗計算,要想更精確地得到產品的實際功耗,降低損耗,延長電池的使用時長,增加供電效率,需要結合具體的測試和計算,對於一個產品而言,模組測試和單元測試是非常必要的,所以為了能夠更好地節約電池容量,準確的計算工作時長,細節的工作還是必要的。