跟著手持設(shè)備事務(wù)的不斷發(fā)展，對電池充電器的要求也不斷添加。要為完成這項(xiàng)作業(yè)而挑選正確的集成電路 (IC)，咱們有必要權(quán)衡幾個(gè)要素。在開端規(guī)劃曾經(jīng)，咱們有必要考慮比方解決方案規(guī)范、USB規(guī)范、充電速率和本錢等要素。有必要將這些要素依照重要程度順次擺放，然后挑選相應(yīng)的充電器IC。本文中，咱們將介紹不同的充電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并研討電池充電器IC的一些特性。此外，咱們還將探討一個(gè)運(yùn)用和現(xiàn)有的解決方案。
鋰離子電池充電周期
鋰離子電池要求專門的充電周期，以完成安全充電并最大化電池運(yùn)用時(shí)間。電池充電分兩個(gè)階段：安穩(wěn)電流 (CC) 和安穩(wěn)電壓 (CV)。電池位于徹底充溢電壓以下時(shí)，電流經(jīng)過穩(wěn)壓進(jìn)入電池。在CC辦法下，電流經(jīng)過穩(wěn)壓達(dá)到兩個(gè)值之一。假定電池電壓非常低，則充電電流下降至預(yù)充電電平，以習(xí)慣電池并避免電池損壞。該閾值因電池化學(xué)特點(diǎn)而不同，一般取決于電池制造廠商。一旦電池電壓升至預(yù)充電閾值以上，充電便升至快速充電電流電平。典型電池的最大建議快速充電電流為1C(C=1 小時(shí)內(nèi)耗盡電池所需的電流)，但該電流也取決地電池制造廠商。典型充電電流為~0.8C，目的是最大化電池運(yùn)用時(shí)間。對電池充電時(shí)，電壓上升。一旦電池電壓升至穩(wěn)壓電壓(一般為4.2V)，充電電流逐步減少，一同對電池電壓進(jìn)行穩(wěn)壓以避免過充電。在這種辦法下，電池充電時(shí)電流逐步減少，一同電池阻抗下降。假定電流降至預(yù)訂電平(一般為快速充電電流的10%)，則終止充電。咱們一般不對電池浮充電，因?yàn)檫@樣會縮短電池運(yùn)用壽數(shù)。圖1 以圖形辦法闡清楚典型的充電周期。
線性解決方案與開關(guān)辦法解決方案比照
將適配器電壓轉(zhuǎn)降為電池電壓并控制不同充電階段的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種：線性穩(wěn)壓器和電感開關(guān)。這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在體積、功率、解決方案本錢和電磁干擾 (EMI) 輻射方面各有優(yōu)缺陷。咱們下面介紹這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的各種利益和一些折中辦法。
一般來說，電感開關(guān)是取得最高功率的最佳挑選。運(yùn)用電阻器等檢測組件，在輸出端檢測充電電流。充電器在CC 辦法下時(shí)，電流反響電路控制占空比。電池電壓檢測反響電路控制CV 辦法下的占空比。依據(jù)特性集的不同，可能會呈現(xiàn)其他一些控制環(huán)路。咱們將在后面詳細(xì)評論這些環(huán)路。電感開關(guān)電路要求開關(guān)組件、整流器、電感和輸入及輸出電容器。就許多運(yùn)用而言，經(jīng)過挑選一種將開關(guān)組件和整流器都嵌入到IC 中的器材，能夠縮小解決方案的規(guī)范。依據(jù)不同的負(fù)載，這些電路的典型功率為80% 到96%。開關(guān)轉(zhuǎn)換器因其電感規(guī)范一般會要求更多的空間，一同也更加名貴。開關(guān)轉(zhuǎn)換器還會引起電感EMI 輻射，以及開關(guān)帶來的輸出端噪聲。
線性充電器經(jīng)過下降旁路組件的輸入電壓，下降DC 電壓。這樣做的好處是解決方案只要求三個(gè)組件：旁路組件和輸入/輸出電容。比較電感開關(guān)，線性壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 一般為一款低本錢的解決方案，且噪聲更低。經(jīng)過穩(wěn)壓旁路組件的電阻來束縛進(jìn)入電池的電流，然后對充電電流進(jìn)行控制。電流反響一般來自充電器IC 的輸入。對電池電壓進(jìn)行檢測，以供給CV 反響。改動旁路組件的電阻，來保持進(jìn)入IC 輸入端的安穩(wěn)電流或許安穩(wěn)電池電壓。器材的輸入電流等于負(fù)載電流。這就是說解決方案的功率等于輸出電壓與輸入電壓的比。LDO 解決方案的缺陷是高輸入輸出電壓比時(shí)(即低電量情況)功率較低。全部功率都被旁路組件消耗，其意味著LDO 并非那些輸入輸出差較大的高充電電流運(yùn)用的抱負(fù)挑選。這些高功耗運(yùn)用要求散熱，然后添加了解決方案的規(guī)范。
功耗及溫升核算
其間，η為充電器的功率，而POUT = VOUT × IOUT。運(yùn)用熱阻，能夠核算得到功耗帶來的溫升。每種運(yùn)用的熱阻都不同，其取決于電路板布局、氣流和封裝等具體參數(shù)。咱們應(yīng)該針對終端運(yùn)用電路板對熱阻建模。請記住，產(chǎn)品闡明書中定義的ΘJA 并非這種運(yùn)用中熱阻的恰當(dāng)表明辦法。
應(yīng)該運(yùn)用什么樣的拓?fù)洌?/span>
您需要研討的第一個(gè)參數(shù)是充電電流。關(guān)于一些小型運(yùn)用來說，例如：充電電流介于25Ma 到150mA 之間的藍(lán)牙TM耳機(jī)等，最佳解決方案簡直都是線性充電器。這些運(yùn)用一般都具有非常小的體積，無法為開關(guān)的更多組件供給額外空間。別的，因?yàn)槠浞浅５偷墓囊�，功耗帶來的溫升能夠忽略不�?jì)。關(guān)于手機(jī)運(yùn)用來說，充電電流一般在350-700mA 規(guī)劃以內(nèi)。在這種規(guī)劃中，很多時(shí)分線性解決方案依然非常有用。因?yàn)樗鼈円话愣紴榈捅惧X手機(jī)，其本錢壓力更大，因而線性充電器便成為一種抱負(fù)的解決方案。智能手機(jī)運(yùn)用的電池體積較大，且充電電流需求大于1.5A，這時(shí)運(yùn)用開關(guān)解決方案則更加合理。1.5A 電流條件下，溫升會非常大。例如，運(yùn)用一個(gè)線性充電器經(jīng)過5V 適配器對一塊3.6V 電池充電時(shí)，功率為72%。首要，這個(gè)功率聽起來如同不太壞。假定您從功耗的視點(diǎn)來看它，這種運(yùn)用要消耗約2W。在一個(gè)熱阻 (ΘJA) 為40°C/W 的運(yùn)用中，芯片溫度上升80°C。在40°C 環(huán)境溫度下，電路板溫度會上升至120°C，其對手持設(shè)備來說是不可接受的。在極低電池電壓(即3 V)下，這一問題甚至?xí)兊脴O點(diǎn)嚴(yán)峻。相同3V 條件下，溫度升至120°C。讓咱們來看相同條件下的開關(guān)解決方案，運(yùn)用一個(gè)單體電池IC 充電器時(shí)，功率上升至約85%。運(yùn)用一塊3.6V 電池時(shí)，功耗低于1W，然后帶來40°C 的溫升。3V 時(shí)這種改進(jìn)更加顯著。假定3V 輸出時(shí)的功率為80%，則功耗低于800 mW，因而溫升會更低(約32°C)。這些智能手機(jī)的體積一般能夠容許稍大一點(diǎn)的解決方案，而且能夠接受開關(guān)辦法解決方案相關(guān)的稍稍本錢添加。 |
