關(guān)于適用于鋰離子電池的新型電池充電的解決方案

隨著對高效，輕便，快速充電，安全且經(jīng)濟(jì)高效的便攜式電源需求的日益增加，市場上對鎳氫電池NIMH，可充電堿性鋰電池和鋰聚合物電池（Li-poly)已經(jīng)都開發(fā)出來。為了最大限度地提高性能并確保安全，市場上還開發(fā)了可以充電和保護(hù)這些電池的相同級別的先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)備。今天我們來說說新電池技術(shù)那些事，例如：Maxim Integrated，Linear Technology和Texas Instruments等半導(dǎo)體供應(yīng)商的鋰離子電池新充電解決方案。

電池技術(shù)

在便攜式電子產(chǎn)品領(lǐng)域，一些新的可充電電池化學(xué)品正在出現(xiàn)，將與最受青睞的鎳鎘電池（NiCd）技術(shù)競爭。鎳鎘電池（NiCd）技術(shù)仍然適用于需要短期高電流且低阻抗特性適用的電動工具等應(yīng)用。

然而，智能手機(jī)，平板電腦和數(shù)碼相機(jī)等新型便攜式應(yīng)用的設(shè)計者正在尋找比鎳鎘電池（NiCd)更高容量和更低放電率的電池。此外，這些應(yīng)用需要快速充電，重量輕的電池。滿足此要求的電池技術(shù)包括鎳氫電池（NiMH),鋰離子電池(li-ion)和鋰聚合物電池(Li-poly)。鎳氫電池（NiMH）具有高容量和快速充電的能力，但缺點(diǎn)是具有相對較高的放電速率，是鎳鎘電池（NiCd）的兩倍（表1）。

表1：化學(xué)成分類型的主電池參數(shù)

鋰-聚合物表現(xiàn)出更高的容量和比鎳鎘電池和鎳氫電池一個顯著較低放電率。此外，根據(jù)應(yīng)用說明，鋰離子電池重量更輕。結(jié)果，估計鋰離子電池每單位質(zhì)量的鎳氫電池（NiMH）容量幾乎是其兩倍。

然而，鋰離子電池也有幾個問題需要注意。Maxim指出，鋰離子電池對過度充電和充電不足非常敏感。過高的電壓會對電池造成永久性損壞，但由于嚴(yán)重的欠電壓而反復(fù)放電會導(dǎo)致容量損失。因此，為了保護(hù)電池，充電解決方案必須限制電池的電流和電壓以及放電時的電荷。

因此，鋰離子電池組通常包括用于保護(hù)任何形式的欠壓和過壓的電路，以及防止暴露于過電流的保險絲。根據(jù)Maxim的說法，這些電池組還包括一個開關(guān)，可在高壓引氣時打開電池。

此外，鋰離子電池必須使用電流和電壓源的組合進(jìn)行充電，這與鎳鎘電池（NiCd）和鎳氫電池（NiMH）不同，鎳鎘電池（NiCd）和鎳氫電池（NiMH）在充電時需要電流源。為了在不損壞的情況下最大化充電，大多數(shù)鋰離子充電器在輸出電壓的1％范圍內(nèi)保持誤差。通常不推薦較低的公差，因?yàn)樗鼈冸y以維護(hù)并增加成本。通常，容量的好處少于這些努力。

單節(jié)鋰離子充電器

為移動電話和其他類似設(shè)備充電的首選方法是使用一個稱為“支架充電器”的獨(dú)立設(shè)備來放置設(shè)備或電池組。根據(jù)Maxim的說法，單節(jié)鋰離子或鋰聚合物充電器適合與搖籃一起使用。由于電池組或充電器單元是分開的，因此產(chǎn)生的熱量不是問題，因?yàn)樗鼪]有集成到設(shè)備中。在這種情況下，線性調(diào)節(jié)器使直流電源和電池之間的電壓差在線性范圍內(nèi)通過傳輸晶體管。由于充電器用于較小的空間，建議通風(fēng)以防止因功耗而導(dǎo)致過熱。

Maxim的線性單節(jié)鋰離子充電器采用MAX846A它被指定為。0.5％的參考精度可安全地對需要高電壓精度的鋰離子電池充電?？刂频统杀就獠縋NP晶體管（或P溝道MOSFET）的電壓和電流調(diào)節(jié)環(huán)路彼此獨(dú)立工作。如圖1所示，飛兆半導(dǎo)體的外部功率晶體管FZT749將電源電壓降至電池電壓，并調(diào)節(jié)電路的大部分功耗。因此，內(nèi)部參考更穩(wěn)定，并提供更穩(wěn)定的電池電壓限制。

圖1：線性單節(jié)鋰離子充電器MAX846A驅(qū)動外部功率晶體管（Q1），將電源電壓降至電池電壓。

在該電路中，R1和R3決定輸出電流。R1檢測充電電流，R3確定電流調(diào)節(jié)的電平。ISET端子的輸出電流等于CS +和CS-之間電壓的1/1000。電流調(diào)節(jié)器將ISET電壓控制在2V。結(jié)果，電流限制[2,000 /（R3 * R1）]為1A。如Maxim應(yīng)用筆記所述，電壓和電流限制的控制回路具有單獨(dú)的補(bǔ)償點(diǎn)（CCV和CCI），以簡化穩(wěn)定這些限制的任務(wù)。可以使用ISET和VSET端子調(diào)整電流和電壓限制。

德州儀器還為空間受限的便攜式應(yīng)用提供線性充電器。TI高度集成的bq24040系列是用于單節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池的充電器IC。該充電器可以處理高輸入電壓范圍，可以通過USB端口或低成本AC適配器驅(qū)動。據(jù)TI稱，bq2404x器件分三個階段為電池充電：管理 – 恒定電流 – 恒定電壓。在所有充電階段，內(nèi)部控制環(huán)路監(jiān)控IC結(jié)溫度，并在內(nèi)部溫度超過一定水平時降低充電電流。

同樣，凌力爾特公司的獨(dú)立鋰離子電池LTM8061針對單電池和雙電池鋰離子和鋰聚合物封裝進(jìn)行了優(yōu)化，具有4.1V，4.2V，8.2V和8.4V的固定浮動電壓選項。充電器提供恒定電流和恒定電壓充電特性，可以充電至2A。微型模塊（微型組件）在電池充電器的規(guī)范集成的DC和DC控制器，功率晶體管，以及輸入和輸出電容，所述補(bǔ)償部分，即完整的包系統(tǒng)（SIP）填充溶液，其包含具有小LGA封裝的電感器安裝在表面上它代表。因此，基于LTM8061的單節(jié)鋰離子充電器使用最少的外部元件（圖2）。

圖2：μModule電池充電器LTM8061是一款用于單節(jié)鋰離子電池的全封裝系統(tǒng)（SiP）充電解決方案。

其他為單節(jié)鋰離子和鋰聚合物封裝提供集成充電器IC的供應(yīng)商包括飛兆半導(dǎo)體，Intersil和意法半導(dǎo)體。

為兩個或更多電池充電

圖3顯示了為兩個連接的鋰離子電池充電的類似電路。該電路采用Maxim MAX745，一種開關(guān)鋰離子電池充電器，可提供90％的效率。MAX745集成在所有必要的用于鋰離子電池組的功能的沒有被熱充電的芯片，提供高達(dá)4A的受控充電電流，并提供調(diào)節(jié)的電壓，在電池端子僅具有的±0.75％的總誤差。MAX745采用廉價的1％電阻設(shè)置輸出電壓，并使用低成本N溝道MOSFET作為電源開關(guān)。電壓漂移和充電電流通過兩個環(huán)路調(diào)節(jié)，可在電壓和電流調(diào)節(jié)之間平滑切換。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的1％電阻，每個電池的電池電壓調(diào)節(jié)限制設(shè)置在4V和4.4V之間。

圖3：MAX745是一款全功能開關(guān)充電器，用于為多個連接的鋰離子電池充電。

德州儀器（TI）和凌力爾特公司（Linear Technology）等廠商也提供為兩個連接的鋰離子電池充電的集成IC。選擇一個電池充電器IC的應(yīng)用，充電電流，充電技術(shù)，保護(hù)功能，USB兼容，成本之前，多個電池鋰離子電池，設(shè)計師輸入電壓充電，并且像其他關(guān)鍵點(diǎn)您必須先查看要求。