適用于可充電電池的入門級CCR充電解決方案

由于省去了涓流充電器設備，此處顯示的基于CCR的充電電路支持主要的電池技術。這種基于CCR的充電電路可以在各種應用中實現(xiàn)，從每天在家庭環(huán)境中使用的AA到便攜式設備和便攜式電動工具。背景技術可充電電池廣泛用于諸如移動電話，平板電腦，MP3播放器和數(shù)碼相機的便攜式電子設備中，作為現(xiàn)代社會日常生活中的必需品。OEM可以通過高效充電這些電池來更有效地支持其設備的功能，以展示提供更長使用壽命和改善用戶體驗的產(chǎn)品。因此，OEM將獲得競爭優(yōu)勢并成為更大的市場。如何使用CCR（恒流穩(wěn)壓器）器件為可充電電池創(chuàng)建低功耗，低成本，高效率的充電解決方案，該解決方案涵蓋各種應用。

考慮到電池充電器

充電器（以防止影響其電池是具有長期操作損傷）（每次向用戶收取費用時不感到不舒服），以優(yōu)化在該充電過程進行的速率，例如以終止該過程它應該在電池充電中發(fā)揮重要作用。通過實施簡單的控制器機制，您可以及時終止這些費用。

充電器的類型

充電器可以使用連續(xù)DC或脈沖DC電源方案。在每個系統(tǒng)輸出之前有被保持在整個充電期間的恒定電平不改變，這不影響總電荷已經(jīng)進入電池。取而代之的是，表達滴流類型將被填充步驟一步用于低容量電池如在更廣泛使用的移動設備是常用的。一小時內(nèi)的電池容量表示為C. 為了進一步說明這一點，請考慮額定電流為800μAh的電池。如果要在0.5 C下對此電池充電，則需要400μA的充電電流，持續(xù)2小時。電池技術除C值外，可充電電池所需的充電電流取決于基于電池的技術。當前使用的每種技術都具有更適合特定類型應用的屬性。最常用的可充電電池技術包括：鎳氫（NiMH） – 與其他技術相比，這是一種非常高的存儲容量，允許更高水平的電荷存儲在更小的電池中。鎳鎘（NiCad） – 具有比NiMH更長的壽命和更低的自放電水平。NiCad是三種技術選項中成本最低的電池生產(chǎn)方法。鋰離子電池 – 適用于戶外應用，是制造在較低溫度下工作的輕質(zhì)電池的一種方法。該技術需要相對較短的充電時間，并且可以處理比NiCad或NiMH等替代技術更多的充電周期。

簡單的充電解決方案

典型的充電電路如圖1所示。該電路由參考電壓，電源，LED指示燈，控制器和CCR組成。NiMH電池的標稱電壓為1.2 V /電池，應充電至1.5 V~1.6 V /電池。有幾種不同的技術可用于決定何時結束充電。這些包括峰值電壓檢測，負Δ電壓，Δ溫度（dT / dt），溫度閾值和定時器。高端充電器可以將所有這些組合在一起。

圖1

CCR充電器采用峰值電壓檢測電路，當達到預定的峰值電壓時，該電路終止充電過程。該峰值電壓為每個電池1.5 V，允許電池充電至最大容量的約97％。NiCad電池的工作方式大致相同，因此它們可以以相同的方式充電。

鋰離子電池的充電周期更復雜

這里的常見做法是在0.5 V和1 C充電容量之間以4.2 V /電池為電池充電，然后進行涓流充電。在充電過程中，鋰離子電池的溫升應保持在5°C以下。如果溫度上升高于此值，則表示有可能起火。最高電池溫度處于充電周期的涓流充電部分，其中點火的風險最高。通常，使用某些類型的智能IC來監(jiān)視和控制電池充電以防止這種風險。

圖2

簡單充電電路
讓我們首先討論充電電路的不同部分。

圖3

圖2顯示了如何使用3端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓器設置參考電壓（Vref）。電阻R2設置為1.0kΩ，R ref可以調(diào)節(jié)到所需的Vref。R2與R ref的比率如下。

使用一個比較器將電池電壓與Vref進行比較。連接到反相輸入的是電池電壓。為了避免比較器中的振蕩，將滯后添加到設置中以改善系統(tǒng)性能，這通過將反饋電阻器Rh放置在輸出和非反相輸入之間來實現(xiàn)。1.0kΩ電阻器R3用于使R3與Rh的比率盡可能簡單。通過調(diào)整Rh，滯后環(huán)帶寬可以變化。增加Rh意味著縮小帶寬，減少Rh意味著增加帶寬。磁滯回線的帶寬必須大于200 mV，因為充電完成后電池電壓會略微下降（參見圖3）。計算反相輸入的高低電壓的公式為：

圖4

圖5

圖4顯示了整個充電電路的細節(jié)。這些包括PNP晶體管，NPN晶體管，比較器，可編程精密基準電壓，以及與兩個CCR并聯(lián)的Q4和Q5。并聯(lián)的Q4和Q5用于調(diào)節(jié)電流。還可以在充電電路內(nèi)并聯(lián)連接兩個或更多個CCR以達到所有必要的電流。兩個雙極結型晶體管（BJT），Q3和Q6，用作控制充電電流的開關。Q6的基極由比較器輸出通過5.6kΩ電阻R6控制。Q6的集電極通過1.0kΩ電阻R5連接到Q3的基極。當比較器輸出變?yōu)榈碗娖綍r，Q6關閉，Q3關閉，從而終止充電電流。LED與Q7串聯(lián)，表示電池正在充電，并提供連續(xù)電流。電池充滿電后，此狀態(tài)將關閉。

在最近的電子系統(tǒng)設計中，工程師正在努力開發(fā)更節(jié)能的產(chǎn)品，同時在限制功耗的同時更加可靠。降低輸入電壓是提高電路性能的一種方法。因此，充電電路中包括低VCE（sat）晶體管和低VF肖特基二極管。功耗水平對于CCR的操作非常重要。當所有電壓通過CCR下降時，電池以連續(xù)電流充電，如已經(jīng)討論的那樣，這導致CCR溫度的增加。當器件開始浮動時，電流會減小，直到達到穩(wěn)定點。為了最大限度地降低CCR的溫升，電路板上發(fā)現(xiàn)的許多空隙都被銅覆蓋。CCR的陰極連接到該銅區(qū)域以進行散熱。請注意，當并聯(lián)使用多個CCR時，各個CCR消耗的功率不是總充電電流，而是電壓乘以通過CCR的電流。圖5顯示了CCR隨時間的耗散功率。圖4所示的充電電路可用于設置適合Vref的可編程精密基準。電池電壓和Vref連接到比較器輸入。當電池電壓低于Vref時，連續(xù)電流通過CCR傳送到電池。當電池電壓等于Vref時，充電完成。此電路設計推薦使用安森美半導體的TL431 3端可編程分流穩(wěn)壓器和LM311比較器。通過消除充電期間的涓流充電，消除了包括智能IC（用于鋰離子電池技術）的需要。這有助于將電池保持在安全的操作區(qū)域并延長其使用壽命。由于省去了涓流充電器設備，這里詳述的基于CCR的充電電路可以使用所有主要的電池技術（NiCad，NiMH，Li-ion）。以這種方式，基于CCR的充電電路在許多應用（支持寬范圍的充電電流）中實現(xiàn)，從在家庭環(huán)境中每天使用的AA到便攜式設備和便攜式電動工具。安森美半導體的應用筆記AND9031提供詳細的電路和運行結果。