適用于可充電電池的入門級(jí)CCR充電解決方案

由于省去了涓流充電器設(shè)備，此處顯示的基于CCR的充電電路支持主要的電池技術(shù)。這種基于CCR的充電電路可以在各種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)，從每天在家庭環(huán)境中使用的AA到便攜式設(shè)備和便攜式電動(dòng)工具。背景技術(shù)可充電電池廣泛用于諸如移動(dòng)電話，平板電腦，MP3播放器和數(shù)碼相機(jī)的便攜式電子設(shè)備中，作為現(xiàn)代社會(huì)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(shè)備的功能，以展示提供更長(zhǎng)使用壽命和改善用戶體驗(yàn)的產(chǎn)品。因此，OEM將獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)并成為更大的市場(chǎng)。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(yīng)用。

考慮到電池充電器

充電器（以防止影響其電池是具有長(zhǎng)期操作損傷）（每次向用戶收取費(fèi)用時(shí)不感到不舒服），以優(yōu)化在該充電過程進(jìn)行的速率，例如以終止該過程它應(yīng)該在電池充電中發(fā)揮重要作用。通過實(shí)施簡(jiǎn)單的控制器機(jī)制，您可以及時(shí)終止這些費(fèi)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(gè)系統(tǒng)輸出之前有被保持在整個(gè)充電期間的恒定電平不改變，這不影響總電荷已經(jīng)進(jìn)入電池。取而代之的是，表達(dá)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(dòng)設(shè)備是常用的。一小時(shí)內(nèi)的電池容量表示為C. 為了進(jìn)一步說明這一點(diǎn)，請(qǐng)考慮額定電流為800μAh的電池。如果要在0.5 C下對(duì)此電池充電，則需要400μA的充電電流，持續(xù)2小時(shí)。電池技術(shù)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(shù)。當(dāng)前使用的每種技術(shù)都具有更適合特定類型應(yīng)用的屬性。最常用的可充電電池技術(shù)包括：鎳氫（NiMH） – 與其他技術(shù)相比，這是一種非常高的存儲(chǔ)容量，允許更高水平的電荷存儲(chǔ)在更小的電池中。鎳鎘（NiCad） – 具有比NiMH更長(zhǎng)的壽命和更低的自放電水平。NiCad是三種技術(shù)選項(xiàng)中成本最低的電池生產(chǎn)方法。鋰離子電池 – 適用于戶外應(yīng)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(shù)需要相對(duì)較短的充電時(shí)間，并且可以處理比NiCad或NiMH等替代技術(shù)更多的充電周期。

簡(jiǎn)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(biāo)稱電壓為1.2 V /電池，應(yīng)充電至1.5 V~1.6 V /電池。有幾種不同的技術(shù)可用于決定何時(shí)結(jié)束充電。這些包括峰值電壓檢測(cè)，負(fù)Δ電壓，Δ溫度（dT / dt），溫度閾值和定時(shí)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(cè)電路，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的峰值電壓時(shí)，該電路終止充電過程。該峰值電壓為每個(gè)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(fù)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(jìn)行涓流充電。在充電過程中，鋰離子電池的溫升應(yīng)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(diǎn)火的風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)。

圖2

簡(jiǎn)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(shè)置參考電壓（Vref）。電阻R2設(shè)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(gè)比較器將電池電壓與Vref進(jìn)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(shè)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(shí)現(xiàn)。1.0kΩ電阻器R3用于使R3與Rh的比率盡可能簡(jiǎn)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?yàn)槌潆娡瓿珊箅姵仉妷簳?huì)略微下降（參見圖3）。計(jì)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(gè)充電電路的細(xì)節(jié)。這些包括PNP晶體管，NPN晶體管，比較器，可編程精密基準(zhǔn)電壓，以及與兩個(gè)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(gè)或更多個(gè)CCR以達(dá)到所有必要的電流。兩個(gè)雙極結(jié)型晶體管（BJT），Q3和Q6，用作控制充電電流的開關(guān)。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(dāng)比較器輸出變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，Q6關(guān)閉，Q3關(guān)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(guān)閉。

在最近的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，工程師正在努力開發(fā)更節(jié)能的產(chǎn)品，同時(shí)在限制功耗的同時(shí)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(duì)于CCR的操作非常重要。當(dāng)所有電壓通過CCR下降時(shí)，電池以連續(xù)電流充電，如已經(jīng)討論的那樣，這導(dǎo)致CCR溫度的增加。當(dāng)器件開始浮動(dòng)時(shí)，電流會(huì)減小，直到達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)。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(jìn)行散熱。請(qǐng)注意，當(dāng)并聯(lián)使用多個(gè)CCR時(shí)，各個(gè)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(shí)間的耗散功率。圖4所示的充電電路可用于設(shè)置適合Vref的可編程精密基準(zhǔn)。電池電壓和Vref連接到比較器輸入。當(dāng)電池電壓低于Vref時(shí)，連續(xù)電流通過CCR傳送到電池。當(dāng)電池電壓等于Vref時(shí)，充電完成。此電路設(shè)計(jì)推薦使用安森美半導(dǎo)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(shù)）的需要。這有助于將電池保持在安全的操作區(qū)域并延長(zhǎng)其使用壽命。由于省去了涓流充電器設(shè)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(shù)（NiCad，NiMH，Li-ion）。以這種方式，基于CCR的充電電路在許多應(yīng)用（支持寬范圍的充電電流）中實(shí)現(xiàn)，從在家庭環(huán)境中每天使用的AA到便攜式設(shè)備和便攜式電動(dòng)工具。安森美半導(dǎo)體的應(yīng)用筆記AND9031提供詳細(xì)的電路和運(yùn)行結(jié)果。