充电管理优化能量收集系统的锂电子电池有效性
时间：10-02
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锂离子电池提供了一个有效的解决方案，用于存储多余的能量和满足峰值功率需求的能量收集应用。然而，保持电池的健康需要注意在充电和放电操作的电压水平。
能源储存装置仍然是一个重要的组成部分的能量收集的应用，必须抗衡的环境能量的波动。在一个典型的能量采集的设计（图1），负载电路的增益从锂离子存储设备额外的权力，包括薄膜电池如Cymbet EnerChip系列和充电纽扣电池如FDK系列、松下ML和VL系列、精工仪器MS系列。通过在低功耗期间存储多余的能量，充电设备在低环境能量的时期，或由于重的单片机的活动，周期性的无线传输，和其他电力系统状态的需求，提供了一个现成的电源功率峰值。
这些锂离子的存储设备的健康和效率取决于严格保持在一个狭窄的窗口（图2）的充电电压。在工作范围之外的电压可以导致电池的劣化。事实上，即使充电电压，接近的安全工作范围的限制，可能会导致最终损失的电池容量（图3）。因此，充电管理电路是确保这些存储设备的最佳输出和寿命的关键。
充电管理解决方案
锂离子电池管理电路通常依赖于一个恒压源保持最佳充电电压和负载断开电路防止锂离子电池过放电。虽然锂离子电池可以使用恒定电流和恒定电压充电的组合，锂离子电池制造商通常建议恒定电压充电。因此，一个合适的充电电路可以包括一个简单的线性调节器，以及一个二极管，以防止反放电（图4）。
电路设计人员有一个选项，用于实现负载断开功能。设计师可以比较电池输出与低功耗电压基准源如德克萨斯仪器LM4051和集成max6037提供输出电压在锂离子的操作范围。当电池电压低于基准，电路可以使用FET开关如Diodes公司zxmn2f30fh或飞兆半导体NDS8434从负载断开电池。同样，工程师可以使用电源良好信号和欠压锁定（UVLO）信号由许多稳压器芯片来控制负载断开开关。
锂离子充电管理芯片集成了管理锂离子电池所需的关键充电和保护电路，并提供了优化电池输出和寿命所需的广泛功能。例如，线性技术ltc4071只需要一个外部电阻来提供一个完整的锂离子电池管理解决方案（图5）。当输入电源被移除，电池电压低于电池的高输出的阈值，ltc4071只消耗550钠电池，降低功率受限的能量收集应用的电源要求。
在ltc4071，如果外部锂离子电池电压低于低电压电池断开（vlbd）水平的工程师，内部PFET（MP1）从VCC断开电池，电池过放电保护的负载连接到VCC或甚至从ltc4071的静态电流。在断开模式，电池漏电流低于0.1钠，即使在其工作温度范围的高端。
保护外部锂离子电池过度充电，充电电流的ltc4071减少分流高达50毫安的电流从电池作为电池电压接近浮充电压。它使用一个集成的三级解码器提供三个可编程的浮动电压（4，4.1，或4.2 V），该ltc4071采用NTC热敏电阻检测高温自动降低电池的浮充电压。
广泛的功能
其他设备，如集成MAX1737和精工仪器s-8261，提供输出控制栅外部FET器件作为充电电流源或切断开关。它集成了MAX1737，部分使用一个外部N沟道MOSFET作为开关和双同步器提供充电电流或电压。
精工s-8261使用单独的外部FET对过充电和过放电保护。在这里，当外部锂离子电池电压超过规定的过充电检测电压水平，设备关闭充电控制FET停止充电。同样，该装置关闭放电控制FET当电池电压低于规定的过放电检测电压。使用的s-8261检测延时定时器每个条件避免误触发。
除了上面提到的设备，工程师可以找到锂离子充电管理设备，提供了一个广泛的功能，满足广泛的功能和性能要求。例如，将Cymbet cbc3105结合薄膜能量储存在一个单一的集成器件的片上电源管理功能。具有先进的电源管理功能，其他设备，如集成max8601和意法半导体l6924和6924D旨在支持USB接口充电的来源，但也可以作为功率有限的能量收集应用的有效解决方案。
除了采用这些专门的锂离子充电管理设备的能量收集应用程序，工程师可以转向专业的能量收集集成电路，也支持锂离子充电管理和保护。高度集成的芯片，如德克萨斯仪器bq25504和集成max17710，拥有一套完整的锂离子充电管理所需的功能扩展他们的综合能量收集能力。钛bq25504集成了一个高效率的DC / DC与专业能源采集等功能，最大功率点跟踪（MPPT）Boost变换器从环境能源优化功率输出。此外，该设备支持电池充电和保护具有可编程阈值用于欠压和过压保护（图6）。
美信集成max17710是设计了一个宽范围的环境能源工作，集成了独立的功能可以收取外部电池过充电保护，过放电保护，能够调节细胞的输出。充电时，该设备使用一个内部线性稳压器，以保持充电电压为4.125 V，如果充电电源超过4.15伏，设备开始限制电流流动，如果充电来源超过5.3伏，该设备可以并联50毫安至地面，以避免过电压操作。对于输出的max17710使用内部的低压降（LDO）调节器来调节电池的输出电压。如果细胞变得过度放电，UVLO电路禁用LDO稳压器如果主动或防止它启动如果已禁用。
结论
可充电锂离子电池可以为峰值负载提供电源，当来自环境源的能量输出下降到有用的水平。为了最大限度地提高电池的寿命和输出，但是，工程师需要确保电池电压水平保持在狭义定义的范围内。设计人员可以很容易地将锂离子电池管理功能，使用专用的充电管理芯片，或依靠电池充电和保护功能集成在专业的能量收集装置。
能源储存装置仍然是一个重要的组成部分的能量收集的应用，必须抗衡的环境能量的波动。在一个典型的能量采集的设计（图1），负载电路的增益从锂离子存储设备额外的权力，包括薄膜电池如Cymbet EnerChip系列和充电纽扣电池如FDK系列、松下ML和VL系列、精工仪器MS系列。通过在低功耗期间存储多余的能量，充电设备在低环境能量的时期，或由于重的单片机的活动，周期性的无线传输，和其他电力系统状态的需求，提供了一个现成的电源功率峰值。
图1：锂离子薄膜电池和充电电池的周期峰值需求的要求，从无线MCU如Silicon Labs EZRadioPRO无线MCU系列提供持续的动力
这些锂离子的存储设备的健康和效率取决于严格保持在一个狭窄的窗口（图2）的充电电压。在工作范围之外的电压可以导致电池的劣化。事实上，即使充电电压，接近的安全工作范围的限制，可能会导致最终损失的电池容量（图3）。因此，充电管理电路是确保这些存储设备的最佳输出和寿命的关键。
图2：锂离子电池需要在一个狭窄的工作范围内使用充电电压（松下提供）。
图3：即使在锂离子电池的安全操作范围，充电电压的方法这个范围的限制可能会导致损失的能力随着时间的推移
充电管理解决方案
锂离子电池管理电路通常依赖于一个恒压源保持最佳充电电压和负载断开电路防止锂离子电池过放电。虽然锂离子电池可以使用恒定电流和恒定电压充电的组合，锂离子电池制造商通常建议恒定电压充电。因此，一个合适的充电电路可以包括一个简单的线性调节器，以及一个二极管，以防止反放电（图4）。
电路设计人员有一个选项，用于实现负载断开功能。设计师可以比较电池输出与低功耗电压基准源如德克萨斯仪器LM4051和集成max6037提供输出电压在锂离子的操作范围。当电池电压低于基准，电路可以使用FET开关如Diodes公司zxmn2f30fh或飞兆半导体NDS8434从负载断开电池。同样，工程师可以使用电源良好信号和欠压锁定（UVLO）信号由许多稳压器芯片来控制负载断开开关。
图4：最简单的一个锂离子电池充电电路包括一个线性调节器来保持适当的充电电压和二极管具有非常低的反向偏置漏防止电池放电后通过源
锂离子充电管理芯片集成了管理锂离子电池所需的关键充电和保护电路，并提供了优化电池输出和寿命所需的广泛功能。例如，线性技术ltc4071只需要一个外部电阻来提供一个完整的锂离子电池管理解决方案（图5）。当输入电源被移除，电池电压低于电池的高输出的阈值，ltc4071只消耗550钠电池，降低功率受限的能量收集应用的电源要求。
图5：锂离子充电管理IC，如线性技术ltc4071，集成充电和保护电路，需要最少的附加组件提供一个完整的锂离子电池管理解决方案（线性技术提供）。
在ltc4071，如果外部锂离子电池电压低于低电压电池断开（vlbd）水平的工程师，内部PFET（MP1）从VCC断开电池，电池过放电保护的负载连接到VCC或甚至从ltc4071的静态电流。在断开模式，电池漏电流低于0.1钠，即使在其工作温度范围的高端。
保护外部锂离子电池过度充电，充电电流的ltc4071减少分流高达50毫安的电流从电池作为电池电压接近浮充电压。它使用一个集成的三级解码器提供三个可编程的浮动电压（4，4.1，或4.2 V），该ltc4071采用NTC热敏电阻检测高温自动降低电池的浮充电压。
广泛的功能
其他设备，如集成MAX1737和精工仪器s-8261，提供输出控制栅外部FET器件作为充电电流源或切断开关。它集成了MAX1737，部分使用一个外部N沟道MOSFET作为开关和双同步器提供充电电流或电压。
精工s-8261使用单独的外部FET对过充电和过放电保护。在这里，当外部锂离子电池电压超过规定的过充电检测电压水平，设备关闭充电控制FET停止充电。同样，该装置关闭放电控制FET当电池电压低于规定的过放电检测电压。使用的s-8261检测延时定时器每个条件避免误触发。
除了上面提到的设备，工程师可以找到锂离子充电管理设备，提供了一个广泛的功能，满足广泛的功能和性能要求。例如，将Cymbet cbc3105结合薄膜能量储存在一个单一的集成器件的片上电源管理功能。具有先进的电源管理功能，其他设备，如集成max8601和意法半导体l6924和6924D旨在支持USB接口充电的来源，但也可以作为功率有限的能量收集应用的有效解决方案。
除了采用这些专门的锂离子充电管理设备的能量收集应用程序，工程师可以转向专业的能量收集集成电路，也支持锂离子充电管理和保护。高度集成的芯片，如德克萨斯仪器bq25504和集成max17710，拥有一套完整的锂离子充电管理所需的功能扩展他们的综合能量收集能力。钛bq25504集成了一个高效率的DC / DC与专业能源采集等功能，最大功率点跟踪（MPPT）Boost变换器从环境能源优化功率输出。此外，该设备支持电池充电和保护具有可编程阈值用于欠压和过压保护（图6）。
图6：钛bq25504功能三可编程阈值电压输出，可用于信号的欠压、过压、和良好的电压，显示电压阈值设置为一个典型的太阳能应用（德州仪器提供）。
美信集成max17710是设计了一个宽范围的环境能源工作，集成了独立的功能可以收取外部电池过充电保护，过放电保护，能够调节细胞的输出。充电时，该设备使用一个内部线性稳压器，以保持充电电压为4.125 V，如果充电电源超过4.15伏，设备开始限制电流流动，如果充电来源超过5.3伏，该设备可以并联50毫安至地面，以避免过电压操作。对于输出的max17710使用内部的低压降（LDO）调节器来调节电池的输出电压。如果细胞变得过度放电，UVLO电路禁用LDO稳压器如果主动或防止它启动如果已禁用。
结论
可充电锂离子电池可以为峰值负载提供电源，当来自环境源的能量输出下降到有用的水平。为了最大限度地提高电池的寿命和输出，但是，工程师需要确保电池电压水平保持在狭义定义的范围内。设计人员可以很容易地将锂离子电池管理功能，使用专用的充电管理芯片，或依靠电池充电和保护功能集成在专业的能量收集装置。