延长流量计电池寿命的5个优秀实践

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

一些测量数据

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： 3.0 V

·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

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

有关使用TPS63900降压/升压转换器进行设计的更多信息，请参阅本文中的其他资源或评论。