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关于适用于锂离子电池的新型电池充电的解决方案

随着对高效,轻便,快速充电,安全且经济高效的便携式电源需求的日益增加,市场上对镍氢电池NIMH,可充电碱性锂电池和锂聚合物电池(Li-poly)已经都开发出来。为了最大限度地提高性能并确保安全,市场上还开发了可以充电和保护这些电池的相同级别的先进半导体设备。今天我们来说说新电池技术那些事,例如:Maxim Integrated,Linear Technology和Texas Instruments等半导体供应商的锂离子电池新充电解决方案。

电池技术

在便携式电子产品领域,一些新的可充电电池化学品正在出现,将与最受青睐的镍镉电池(NiCd)技术竞争。镍镉电池(NiCd)技术仍然适用于需要短期高电流且低阻抗特性适用的电动工具等应用。

然而,智能手机,平板电脑和数码相机等新型便携式应用的设计者正在寻找比镍镉电池(NiCd)更高容量和更低放电率的电池。此外,这些应用需要快速充电,重量轻的电池。满足此要求的电池技术包括镍氢电池(NiMH),锂离子电池(li-ion)和锂聚合物电池(Li-poly)。镍氢电池(NiMH)具有高容量和快速充电的能力,但缺点是具有相对较高的放电速率,是镍镉电池(NiCd)的两倍(表1)。

锂电池图表

表1:化学成分类型的主电池参数

锂-聚合物表现出更高的容量和比镍镉电池和镍氢电池一个显著较低放电率。此外,根据应用说明,锂离子电池重量更轻。结果,估计锂离子电池每单位质量的镍氢电池(NiMH)容量几乎是其两倍。

然而,锂离子电池也有几个问题需要注意。Maxim指出,锂离子电池对过度充电和充电不足非常敏感。过高的电压会对电池造成永久性损坏,但由于严重的欠电压而反复放电会导致容量损失。因此,为了保护电池,充电解决方案必须限制电池的电流和电压以及放电时的电荷。

因此,锂离子电池组通常包括用于保护任何形式的欠压和过压的电路,以及防止暴露于过电流的保险丝。根据Maxim的说法,这些电池组还包括一个开关,可在高压引气时打开电池。

此外,锂离子电池必须使用电流和电压源的组合进行充电,这与镍镉电池(NiCd)和镍氢电池(NiMH)不同,镍镉电池(NiCd)和镍氢电池(NiMH)在充电时需要电流源。为了在不损坏的情况下最大化充电,大多数锂离子充电器在输出电压的1%范围内保持误差。通常不推荐较低的公差,因为它们难以维护并增加成本。通常,容量的好处少于这些努力。

单节锂离子充电器

为移动电话和其他类似设备充电的首选方法是使用一个称为“支架充电器”的独立设备来放置设备或电池组。根据Maxim的说法,单节锂离子或锂聚合物充电器适合与摇篮一起使用。由于电池组或充电器单元是分开的,因此产生的热量不是问题,因为它没有集成到设备中。在这种情况下,线性调节器使直流电源和电池之间的电压差在线性范围内通过传输晶体管。由于充电器用于较小的空间,建议通风以防止因功耗而导致过热。

Maxim的线性单节锂离子充电器采用MAX846A它被指定为。0.5%的参考精度可安全地对需要高电压精度的锂离子电池充电。控制低成本外部PNP晶体管(或P沟道MOSFET)的电压和电流调节环路彼此独立工作。如图1所示,飞兆半导体的外部功率晶体管FZT749将电源电压降至电池电压,并调节电路的大部分功耗。因此,内部参考更稳定,并提供更稳定的电池电压限制。

锂电池图表

图1:线性单节锂离子充电器MAX846A驱动外部功率晶体管(Q1),将电源电压降至电池电压。

在该电路中,R1和R3决定输出电流。R1检测充电电流,R3确定电流调节的电平。ISET端子的输出电流等于CS +和CS-之间电压的1/1000。电流调节器将ISET电压控制在2V。结果,电流限制[2,000 /(R3 * R1)]为1A。如Maxim应用笔记所述,电压和电流限制的控制回路具有单独的补偿点(CCV和CCI),以简化稳定这些限制的任务。可以使用ISET和VSET端子调整电流和电压限制。

德州仪器还为空间受限的便携式应用提供线性充电器。TI高度集成的bq24040系列是用于单节锂离子和锂聚合物电池的充电器IC。该充电器可以处理高输入电压范围,可以通过USB端口或低成本AC适配器驱动。据TI称,bq2404x器件分三个阶段为电池充电:管理 – 恒定电流 – 恒定电压。在所有充电阶段,内部控制环路监控IC结温度,并在内部温度超过一定水平时降低充电电流。

同样,凌力尔特公司的独立锂离子电池LTM8061针对单电池和双电池锂离子和锂聚合物封装进行了优化,具有4.1V,4.2V,8.2V和8.4V的固定浮动电压选项。充电器提供恒定电流和恒定电压充电特性,可以充电至2A。微型模块(微型组件)在电池充电器的规范集成的DC和DC控制器,功率晶体管,以及输入和输出电容,所述补偿部分,即完整的包系统(SIP)填充溶液,其包含具有小LGA封装的电感器安装在表面上它代表。因此,基于LTM8061的单节锂离子充电器使用最少的外部元件(图2)。

锂电池图表

图2:μModule电池充电器LTM8061是一款用于单节锂离子电池的全封装系统(SiP)充电解决方案。

其他为单节锂离子和锂聚合物封装提供集成充电器IC的供应商包括飞兆半导体,Intersil和意法半导体。

为两个或更多电池充电

图3显示了为两个连接的锂离子电池充电的类似电路。该电路采用Maxim MAX745,一种开关锂离子电池充电器,可提供90%的效率。MAX745集成在所有必要的用于锂离子电池组的功能的没有被热充电的芯片,提供高达4A的受控充电电流,并提供调节的电压,在电池端子仅具有的±0.75%的总误差。MAX745采用廉价的1%电阻设置输出电压,并使用低成本N沟道MOSFET作为电源开关。电压漂移和充电电流通过两个环路调节,可在电压和电流调节之间平滑切换。根据标准的1%电阻,每个电池的电池电压调节限制设置在4V和4.4V之间。

锂电池图表

图3:MAX745是一款全功能开关充电器,用于为多个连接的锂离子电池充电。

德州仪器(TI)和凌力尔特公司(Linear Technology)等厂商也提供为两个连接的锂离子电池充电的集成IC。选择一个电池充电器IC的应用,充电电流,充电技术,保护功能,USB兼容,成本之前,多个电池锂离子电池,设计师输入电压充电,并且像其他关键点您必须先查看要求。

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