關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，安全且經濟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)了可以充電和保護這些電池的相同級別的先進半導體設備。今天我們來說說新電池技術那些事，例如：Maxim Integrated，Linear Technology和Texas Instruments等半導體供應商的鋰離子電池新充電解決方案。

電池技術

在便攜式電子產品領域，一些新的可充電電池化學品正在出現(xiàn)，將與最受青睞的鎳鎘電池（NiCd）技術競爭。鎳鎘電池（NiCd）技術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用。

然而，智能手機，平板電腦和數(shù)碼相機等新型便攜式應用的設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，這些應用需要快速充電，重量輕的電池。滿足此要求的電池技術包括鎳氫電池（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)應用說明，鋰離子電池重量更輕。結果，估計鋰離子電池每單位質量的鎳氫電池（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，但由于嚴重的欠電壓而反復放電會導致容量損失。因此，為了保護電池，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，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％范圍內保持誤差。通常不推薦較低的公差，因為它們難以維護并增加成本。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備充電的首選方法是使用一個稱為“支架充電器”的獨立設備來放置設備或電池組。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，因此產生的熱量不是問題，因為它沒有集成到設備中。在這種情況下，線性調節(jié)器使直流電源和電池之間的電壓差在線性范圍內通過傳輸晶體管。由于充電器用于較小的空間，建議通風以防止因功耗而導致過熱。

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）的電壓和電流調節(jié)環(huán)路彼此獨立工作。如圖1所示，飛兆半導體的外部功率晶體管FZT749將電源電壓降至電池電壓，并調節(jié)電路的大部分功耗。因此，內部參考更穩(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。電流調節(jié)器將ISET電壓控制在2V。結果，電流限制[2,000 /（R3 * R1）]為1A。如Maxim應用筆記所述，電壓和電流限制的控制回路具有單獨的補償點（CCV和CCI），以簡化穩(wěn)定這些限制的任務?？梢允褂肐SET和VSET端子調整電流和電壓限制。

德州儀器還為空間受限的便攜式應用提供線性充電器。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，內部控制環(huán)路監(jiān)控IC結溫度，并在內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的供應商包括飛兆半導體，Intersil和意法半導體。

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4A的受控充電電流，并提供調節(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％電阻設置輸出電壓，并使用低成本N溝道MOSFET作為電源開關。電壓漂移和充電電流通過兩個環(huán)路調節(jié)，可在電壓和電流調節(jié)之間平滑切換。根據(jù)標準的1％電阻，每個電池的電池電壓調節(jié)限制設置在4V和4.4V之間。

圖3：MAX745是一款全功能開關充電器，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的應用，充電電流，充電技術，保護功能，USB兼容，成本之前，多個電池鋰離子電池，設計師輸入電壓充電，并且像其他關鍵點您必須先查看要求。