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LiFePO4和锂离子电池之间的比较
电子设计
2021-12-19
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欧洲议会的eCall监管法律于2015年通过，并于2018年4月生效，要求在欧洲市场上发布的所有汽车都必须配备eCall。由于eCall系统的特点，使得系统独立、可靠和免维护，且让其自有电池独立于汽车电池很重要。电池必须有足够的能量进行10分钟的通话，在初始通话后保持在蜂窝网络上连接60分钟，并可随时操作。本应用中使用的最常见的电池化学物质是锂离子（Li离子）和磷酸铁锂（LiFePO4）。LiFePO4电池更安全，因为它们具有更高的热失控温度，但具有更高的自放电，这可能导致其使用一段时间后出现平衡问题。锂离子电池具有较高的能量密度，但需要保护电路才能安全地工作。表1对比了LiFePO 4和Li离子电池。锂离子具有较高的密度，并已用于空间有限的应用，以满足运行时间要求。
汽车
表1：LiFePO4和锂离子电池之间的比较
图1是使用单节LiFePO 4或Li离子电池的典型eCall系统的功率树图。正如您所看到的，需要一个DC / DC降压转换器将汽车电池电压从12V降至5V。然后，5V电源轨的线性充电器可对电池充电，而5V电压轨的电源轨可提供GSM（全球移动通信系统）模块、MCU、GPS模块和音频放大器。
e 1：LiFePO 4和Li离子电池之间的比较
汽车
图1：eCall系统功率树图（由Chris Glaser提供，BMS Deep Dive 2015）
作为电池管理解决方案的一个示例，bq25071-Q1可为LiFePO4电池充电，而bq24081-Q1和bq24075-Q1则可为锂离子电池充电。所有这三个设备都是汽车Q100级，具有诸如欠压、过压、短路和热保护的集成安全特性，这有助于确保安全的充电操作。bq27441-G1使用TI专利的Impedance Track™算法进行电池电量测量，并有助于最大限度地延长电池寿命。对于其它安全保护，bq29700在高放电/充电电流操作或电池过充电条件期间，为过流保护提供精确的监视和触发阈值。
由于eCall在汽车上成为强制性要求，TI准备提供一个完整的全包解决方案，以支持一个独立可靠的eCall系统。
审核编辑：何安
lm3578工作原理
使用外部充电泵生成辅助电压
时间:2011年06月07日
字 体: 大 中 小
关键词:充电泵升压转换器输出电压导通输出电容
关键字：
作者：Nicolas Guibourg –德州仪器 (TI)（德国）
本文将阐述如何使用外部充电泵从单通道升压转换器（如 TI 生产的 TPS61087）生成两个额外电压。文中示例将使读者初步了解充电泵，并借助高性价比的解决方案，使这些充电泵能够生成系统所需的电压轨。
使用外部充电泵是从升压转换器生成辅助电压轨的一种灵活易用的方法。这些电压轨理论上可以是任何电压，正负均可，并且可以为需要两个或更多电压的任何应用供电。例如，具有唯一 5V 输入电源线的单通道升压转换器可以提供 TFT-LCD 应用所必需的所有三种主电压（+27V、-7V 和 15V）。运算放大器所要求的+/- 5V电源电压也可以生成 33V 的电源。
图 1 针对 TFT LCD 的 5V～15V 典型应用电压（fsw=12MHz），其采用外部充电泵（VGH、VGL）
图 1 显示了一种外部正充电泵结构，在调低至电压 VGH (27V) 以适合此应用之前，该结构所提供的电压最多可 3 倍于升压转换器的输出电压 VS，即 45V。在这种情况下，负充电泵的稳压级会将输出电压 VGL 从升压转换器所生成的 -15V 电压调节至 -7 V。
理想情况
正充电泵
图 2 显示了典型应用中的正充电泵驱动器电路，其将在倍压模式下生成 2 倍于 VS 的电压。您可以从该图深入了解充电泵驱动器的工作原理。下列研究基于三倍压模式。
图 2 外部正充电泵——理想情况
下面的说明介绍了稳态运行时的充电泵行为，其内容简单易懂。首先，我们假定所有组件都很理想，并且升压转换器的占空比为 50%。图 2 中 R1 的电阻为 0 欧姆，并且就在此处测量流入到电容 C1 和 C2 中的电流。
导通期间，由于 VSW=0V，飞跨电容 C1 可通过二极管 D1 充电至 VS。同样，储能电容 C3 也同时通过 D3 充电至 2 倍 VS。二极管 D2 与 D4 均被阻断。由于不再提供输出 VCPP，因此输出电容 C4 不得不通过必需的 20mA 负载电流为电路供电。
关断期间，开关节点电压 VSW 变为高电平，增加了飞跨电容 C1 和 C2 中的储能，并将 C3 和 C4 分别提升至 2 倍 VS 和 3 倍 VS（VSW=VS 时）。二极管 D2 变为正向偏置，并使电流流入到 C3 中，最多可将其充电至 2 倍 VS（导通期间，在其终端两端的电压下降后）。同样，D4 也会导通，并且 C3 将输出电容回充至 3 倍VS，与此同时，通过必需的 20mA 负载电流为输出电路供电。
最后，在关断期间，电感为升压转换器的飞跨电容和输出电容分别提供 80mA 和 40mA 的电流，在导通期间将放电至 C1。这样一来，升压转换器所提供的电流平均起来就等于正充电泵输出电流的 3倍，即 60mA。
负充电泵
外部负充电泵的工作也分为两个级（充电泵级和稳压级）。充电泵可提供一个负输出电压 –VS（请参见图 1），然后稳压级将输出电压 VGL 调节至所需电平。您可以从图 3 深入了解充电泵驱动器的工作原理。
图 3 外部负充电泵——理想情况
下面的说明介绍了稳态运行时的负充电泵行为，其也假定所有组件都很理想，并且升压转换器的占空比为 50%，R1 的电阻值为 0 欧姆。
开始为关断期间，开关节点电压 VS 为高电平，飞跨电容 C6 通过 D6 充电至 VSW =VS。其中，输出电容 C7 可提供 20 mA 的输出负载电流。
导通期间，由于 VSW = 0V，先前飞跨电容 C6 的正极终端将被拉至接地，并且储能电压下移（偏移量为 –VS）。这样一来，二极管 D7 就变为正向偏置，从而允许电流流动并为输出电路供电。
与正充电泵的方式类似，在此示例中，VCPN 上提供的电流为 20mA，升压转换器所提供的平均电流就等于负充电泵输出电流的 2 倍，即 40mA。
稳压级
稳压级具有可选的输出电压，用户可根据其具体应用，灵活选择相应的输出电压。
我们已介绍了正负充电泵如何构建其电压。下一级（请参见图4）类似于正负充电泵，可以通过将多余的能量耗散到双极管中来调节输出电压 VGH 和 VGL。
齐纳二级管将电压钳位控制在所需的输出值，并且也使用双极管来降低电流消耗。最后，VGH 和 VGL 上的输出电压将等于 VZ -Vbe。图 5a 和 5b 显示了稳压级前后所测量出的输出电压稳压。可以看到，只要 VCPP 和 VCPN 上生成的电压一直高于稳定输出电压，增加了晶体管压降，系统就会得到稳压。例如，通过将充电泵从三倍压提升到四倍压模式并根据电流和电压选择器件，就能利用合适的额定组件生成更多的电能。最大可能的输出电流也取决于系统整个电流消耗的总和，该值不应超过升压转换器的电流限制。
也可以使用诸如 TL432 之类的并联稳压器，而不是使用图 4 结构进行稳压调节。
图 4 正电荷泵稳压级
图 5 稳定的输出电压
外部充电泵的优势在于性价比高，且为用户提供了极大的灵活性。采用独立的升压转换器（例如 TI 的 TPS61085 或 TPS61087）以及仿真工具 TinaTI 进行辅助设计，可以很轻松地获得大功率的正/负充电泵。
作者简介
Nicolas Guibourg 于 2006 年加盟TI（德国）担任系统工程师，主要负责显示器电源转换器产品部产品应用支持和新产品定义。他毕业于高等电子与数字技术学院(ISEN - Institut Supérieur de l’électronique et du Numérique (France))，获电子工程理学士学位。
集成运算放大器由哪些基本电路构成
电路描述
该LM3570是一个低噪音的白光LED 驱动器系统该LM3570系统围绕着一个高效率的监管三半CMOS电荷泵输出电压产生(VOUT之间的) 435V 30V输入电压调节55V,输出电压是通过一个预调循环使用产生一个稳定的输出电压，同时最大限度地减少进行输入轨噪声 27V和30V,之间电压的LM3570泵的行为就像一个开环3/2收费当输出将15X输入与输出电压减去相关的损失阻力(ROUT≈4Ω)连接到内部稳压输出三个紧密匹配的电流源可驱动白色LEDs理想的金额通过LEDs驱动电流是用户通过选择一个使用外部RSET电阻之间的电流匹配在LM3570相邻输出的该+/-03%(typ)有能力LEDs为一样的亮度使整个LM3570提供高达80mA的总输出电流电流可以拉出电流输出的专用(IDx)或VOUT The固定输出电压轨是推动通过使用外部限流电阻器在电压模式下键盘LEDs理想
差分技术：LVDS、MLVDS、CML、LVPECL的区别与应用场景
集成运算放大器的电路构成：
集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路，它的方框图如图1所示。
图1 运算放大器方框图
(1)输入级 使用高性能的差分放大电路，必须对共模信号有很强的抑制力，采用双端输入、双端输出的形式。
(2)中间放大级 提供高开环放大倍数，以保证运放的运算精度。一般由共发射极组成多级耦合放大电路。
(3)输出级 由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，提供大的输出电压或电流。
(4)偏置电流源 提供稳定的偏置电流，以稳定工作点。一般由各种恒流源电路组成。
求助版主高电压运放OPA454
差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同， 相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号。信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。在电路板上，差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线。
差分信号与传统的一根信号线一根地线（即单端信号）走线的做法相比，其优缺点分别是。
优点：
缺点：
为了实现高速数据传输，有多种差分技术可供选择。这些差分技术都有差分信号几个共同的优点，但是在性能、功耗和应用场景上有很大的区别。下图列举了最常用的几种差分信号技术和它们的主要参数。
LVDS信号摆幅低，为350mv，对应功耗很低，速率达到3125Gbps。总的来说，终接方法简单、功耗和噪声低等优点，使得LVDS成为几十Mbps至3Gbps、甚至更高的应用之首选。
CML是一种高速的点到点接口，在驱动器和接收器上均集成了终接网络。CML使用一个无源的上拉电路，阻抗一般50欧姆。大多数CML采用了交流耦合的实现方案，因此需要有直流平衡的数据信号。直流平衡的数据要求数据编码中的1和0的数量平均来说是相等的。
LVPECL信号一个优点是具有清晰尖锐和平衡的信号沿，以及高驱动能力。缺点是功耗相对较高以及有时需要提供单独的终接电压轨。CML与LVPECL技术能实现超过10Gbps的高数据率，为了实现这样高的数据率，必须采用速率极高、边缘陡直（sharp edge）的数据信号，摆幅一般约800mv，也因此它们的功耗超过了LVDS。
M-LVDS将LVDS延伸到用于解决多点应用中的问题，相对于同样多点应用的RS-485和CAN技术，M-LVDS能够以更低的功耗实现更高速的通信链路。相对于LVDS，M-LVDS驱动输出强度更高，跃迁时间可控，共模范围更广且面向总线空闲条件提供故障安全接收器选项。
Low Voltage Differential Signaling，是一种低摆幅的电流型差分信号技术。LVDS 驱动器级在一个始终开启的 35 mA （典型值）电流源环境中运行。需通过差分对导体以不同方向重新分配电流，便可形成总线上的逻辑 1 和 0。
由于专为点对点信号传输而设计，LVDS 使用的是一种简单的端接方案。安装在接收机输入端的单个 100-ohm 电阻端接差分对，从而消除了反射。
由于高阻抗接收机输入，驱动器电流源的全部电流流经端接电阻，从而产生了一个 350 mV 额定值的低、差分总线电压。该电压在 12V 共模电位左右摆动，一般LVDS接收器可以承受至少±1V的驱动器与接收器之间的地的电压变化，所以在+02V~+22V的宽共模范围内，接收器的阈值可以保证为100mv或更低。这个组合可提供出色的噪声裕量，对驱动器与接收器之间的共模信号漂移的容忍度也会更好。
尽管低功耗、低 EMI 和高噪声抗扰度使得 LVDS 成为高速数据转换器的接口选择，但是必须运用精心的布局技术，以避免阻抗不连续和信号时延差，否则就抵消了上述 LVDS 的好处。不管使用的LVDS传输媒质是PCB线对还是电缆，都必须采取措施防止信号在媒质终端发生反射，同时减少电磁干扰。LVDS要求使用一个与媒质相匹配的终端电阻(100±20Ω)，该电阻终止了环流信号，应该将它尽可能靠近接收器输入端放置。LVDS驱动器能以超过1555Mbps的速度驱动双绞线对，距离超过10m。
RS-485和MLVDS都是通过多点差分总线交换二进制数据的一种得到广泛应用的电气标准。两种技术都使用了差分信号来保证低功耗、高速和出色的抗噪声性能。
对于要驱动信号在长电缆上传输的情况，RS-485有较高的摆幅和更宽的共模输入范围，有助于实现更远的传输距离。不过M-LVDS具有更高的速度，大大降低的功耗和EMI辐射。RS-485具有长距离传输能力，一般以电缆为传输介质，而M-LVDS则更多的在背板上传输。两种技术共享的一个应用是在长电缆上进行的点到点信号传输，100米以上推荐的是RS-485，100米以内（一般40米以内）更多考虑M-LVDS。
M-LVDS其实是LVDS技术的延伸，除了拓扑结构外，将两者进行比较。上图显示了LVDS和M-LVDS的差分输出电压和共模范围规格。对于LVDS，在负载为100Ω的情况 下，输出电压摆幅|VOD|最小为250 mV、最大为450 mV。相较而言，M-LVDS驱动器强度更高，在负载为 50 Ω（两个100 Ω的端接电阻，总线的任意一端）的情况下，最小输出电压摆幅|VOD|为480 mV，最大值则为650mV，所以可以解决多点应用中的问题。
接收器阈值是一种差分电平，高于或低于此电平时，接收的信号就会算作逻辑1或逻辑0。对于LVDS，正VOD >= +100 mV 对应于逻辑1，负VOD <= −100 mV则对应于逻辑0。 对于1类M-LVDS接收器，正VOD ≥ +50 mV对应于逻辑1，负 VOD ≤ −50 mV则对应于逻辑0。 两个电压阈值之间是跃迁区。
LVDS和M-LVDS传输距离均受两个主要因素的影响:传输介质和数据速率。
PCB走线通常允许大约几十厘米的传输距离，双绞线电缆用于LVDS时允许大约几米的传输距离，由于驱动器强度更高，M-LVDS一般能通过更长的电缆进行传输，允许几十米。更高的数据速率会极大地限制传输距离；1Gbps下的LVDS或许只能通过1米的优质电缆+额外的信号调理进行传输，但是在100 Mbps条件下传输距离可能达到10米 。
这是来自 TI 的回复:Status Flag 这个引脚是过温或过流的标志位，如果结温过高，会拉高，如果回复到正常操作状态，会将此引脚拉低，它的架构为开漏输出，可通过一1Mohm电阻上拉到V+。Enable/Disable pin是指的输出引脚enable和disable，即使将输出disable掉，也不会对输入信号有干扰，这样既节省了功耗也保护了负载，Enable/Disable pin 和Enable/Disable Common引脚构成了一个回路方便和外围低压逻辑电路连接。如果将Enable/Disable Common悬空，那么可被内部10uA的电流源拉到负电压轨，如果Enable/Disable pin悬空，那么Enable/Disable电压在Enable/Disable pin common 2V以上，您可以按照datasheet Figure67中将E/D com pin 接地，E/D pin通过一1Mohn电阻上拉到V+使得E/D电平时钟保持在OPA454 shut down门限电平之上
