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安全管理应用程序的电池选择

来源:analog 发布时间:2023-09-12

摘要: 本文提供了为DS36xx安全管理器选择备用电池的指导方针。由于产品和相关安全应用的复杂性,有几个因素会影响电池的选择。本文讨论了影响电池选择的三个因素,并提出了电池化学的优选。本文还解释了正确选择与这些安全管理器一起使用的电池所需的一些分析。

本应用笔记指导如何为DS36xx系列安全管理器选择备用电池。这些指导原则遵循与以往适用于任何Devices非易失性存储器产品相同的基本规则。由于安全管理人员对电路监测的特殊要求,需要额外的注意,以确保电池在最终系统中提供多年的有效现场寿命。

确定可接受的电池电压

第一步是确定V(BAT)输入允许的最大直流工作电压。该值将是在相应产品数据表中找到的基本DS36xx规格。此电压限制不应与器件的绝对最大额定值混淆,绝对最大额定值是可能对组件发生物理损坏的偏置升高。该直流工作电压还应与安全管理器支持的任何下游组件兼容。

根据产品允许的电池电压范围,有几种电池化学成分可供选择(见表1)。系统环境要求可能会影响化学成分的选择。

表1。锂电池特性
电池类型化学标称电压(V)最大电压(V)额定放电电流(µA)温度范围(℃)
BR锂币(初级)单氟化聚碳(CF3.03.4530.-30到+80
BRA锂币(初级)单氟化聚碳(CF3.03.4530.-40到+125
CR锂币(初级)二氧化锰(MnO(2))3.03.35100到200-30到+60
VL锂币(二次)五氧化二钒(V(2)O(5))3.03.60 ((1))10到200-20到+60
ML锂币(二次)锰锂2.53.105 ~ 100-20到+60
亚硫酰氯锂(原锂)亚硫酰氯锂(Li-SOCl(2))3.63.671mA至5mA-55到+85
锂离子(二级)李+3.64.20¹1500mA ~ 2500mA0到+45

对于初级(不可充电)硬币电池有三种选择,所需的系统工作温度可能会影响您的最终选择。与同等尺寸的CR化学电池相比,BR化学电池具有更好的高温电流输送能力。²或者,如果系统在以下温度下工作+ 10°C, CR化学电池的电流传递特性通常优于BR化学电池。在任何情况下,原生电池都是一次性的能量来源,最终必须被替换。与这篇简短的文章相比,仔细比较电池制造商的放电特性图可能会更好地了解这种化学物质的优缺点。

在二次(可充电)电池的列表中,每种类型都有一些优点和缺点需要评估。亚硫酰氯或锂离子电池的标称电压通常超过DS36xx产品的允许范围,因此必须通过使用稳压器或二极管降来降低电压。同样的电压问题也会影响VL硬币电池的选择,除非充电电压是可控的。ML硬币电池的标称电压可能太低,无法进行长时间的电池备份。锂离子电池的温度范围是相当有限的,尽管充电容量优于几乎任何其他选择。

在电池选择过程中还有其他影响因素(即物理尺寸或质量、成本、运输和/或处置限制),也可以优先考虑或消除特定的电池化学物质。

在本次讨论中,由于系统的低电流需求和宽工作温度范围,我们选择了bra化学(聚碳单氟化物)一次锂硬币电池。BRA电池的最大(新电池)电压为+3.45V,²,在我们典型电路中使用的组件所需的可接受电池电压范围内(图1)。

确定电池容量需求

使用一个简化的入侵监控应用程序,将参考图1中的总电池电流消耗。机柜安全联锁用交换机S1 ~ S4表示。

从系统原理图中,总电池电流必须从与DS36xx和支持电路相关的所有电流的总和中数学推导出来。这些电流计算应包括任何数字和/或输入泄漏电流(I(L));逻辑输出驱动电流(I(OH));操作外部存储器或支持电路(I(CCO))所需的任何直通电流;以及DS36xx组件单独消耗的电池电流(I(BAT))。


图1所示 DS36xx安全管理器的典型工作电路。

备电时,外部电源和I/O (V(CCI)、SDA、SCL)均为0V。在图1原理图中,V(CCO)上的总电流负载(I(CCO))是四个“INx”输入引脚的潜在输入漏电流,加上潜在的输出下拉电流(I(RPD)),如果激活低电平输出激活。

电流负荷计算
我(蝙蝠)6.5µ(来自产品说明书;空载时最大值)
X1和X2第一部分(BAT)
三机一体0.1µ(max)(来自产品说明书;输入漏)
IN20.1µ(max)(来自产品说明书;输入漏)
IN3校验0.1µ(max)(来自产品说明书;输入漏)
IN4校验0.1µ(max)(来自产品说明书;输入漏)
校验夯3.3µ(有效低篡改输出电流1毫欧上拉电阻)
---------------------------------------
总计10.2µ

确定有用字段的预期寿命

计算了当前负载后,剩余的变量是在使用电池时所需的系统寿命。在本讨论中,目的是创建具有10年电池现场寿命的产品。

电池容量计算
10年= 87,660小时(24小时× 365.25天/年× 10年)
10.2µA连续电流负载87,660小时=894 mah

选择特定电池

在先前根据电池电压和工作温度范围选择BRA化学成分之后,最终电池选择的任务减少到从供应商的可用电池列表中选择满足或超过容量需求的项目(表2)。

表2 BRA化学产品选择
电池模型标称电压(V)额定容量(mAh)电池直径(mm)单元高度(mm)重量(克)
BR1225A3.4812.52.50.8
BR1632A3.12016.03.21.5
BR2330A3.25523.03.03.2
BR2450A3.55024.55.05.0
BR2477A3.100024.57.78.0

从制造商的产品表来看,BR2477A电池的额定功率为1000mAh (1Ah),在图1电路中应该提供~11.2年的电池寿命。

1000mAh/10.2µA = 98,039小时(11.18年)

如果所需的电池容量大于任何可用的电池,设计师必须评估权衡:1)使用另一种电池化学;2)减小负载电流;3)降低电池的预期现场寿命;或者4)执行这些选项的组合。负载电流的减小可以通过减小任何漏极器件的输出电流来实现(即,选择更高的电阻值),或者在某些DS36xx产品中,通过实施电源管理选项来实现。

结论

本文综述了影响电池选择的几个因素,并给出了电池化学的优选。解释了正确选择与安全管理器一起使用的电池所需的一些一阶分析。在此过程中,我们演示了将集成电路与最适合支持此安全特定应用多年的电池相匹配的必要步骤。



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