提升移动设备充电效率,线性锂电池充电IC作用明显
已成为最流行的方式。USB的电压範围为4.75?5.25V,非常适合用于恢復单节锂离子电池或电池组的能量。目前有许多方法可用于对单节锂离子电池进行充电。表3即列出了基于USB埠设计单节锂离子电池充电器的一些基本方法。
首先第一种方法採用低功率USB埠来提供固定充电电流。该方法最终的电流通常低于低速USB埠的绝对最大电流(即100mA)。由于电阻容差、充电电流和电源电流的塬因,该充电电流通常低于90mA。该方法只是简单地将USB埠作为额定参数为5V、100mA的电源。为了利用高速USB埠,可使用外部金属氧化物半导体场效电晶体(MOSFET)在闸极驱动,为低电位或高电位时设置两种不同的充电电流。高速USB埠允许的绝对最大电流为500mA,但USB埠通常是以低速启动,直到完成验证为止。
通过可设置两种不同充电电流的整合MOSFET,可简化这种设计,并通过它可提供预设的充电电流,或以可程式电阻器设计充电电流。如图2所示,该示範提供了叁种不同的充电电流设置,并可在墙式电源适配器和USB埠之间无缝的切换。存在墙式电源适配器时,最大充电电流可很容易超过高速USB埠的500mA。
图2 双输入锂离子电池充电器架构图
当只有USB电缆时,充电电流将取决于MOSFET的闸极驱动电流为逻辑高电位还是低电位。一些设计只须要一个输入电源,但可通过介面之间的通讯来设置不同的输入类型。通常,出于与低速USB埠相同的塬因,而高速USB埠的预设USB充电电流会低于450mA。为了安全考虑及满足USB规範,正确的设计方法还应限制来自USB埠的输入电流。
高整合度电源轨控制添臂力 电池充电器实现无缝切换
随着现今行动装置功能越来越多,对于电池管理的需求也不断增长。在空间受限的应用中,高度整合的电源轨(Power Rail)控制可以大幅提升设计人员的便捷性,使每一个电源轨都具备良好的管理,以便在输入电源路径、系统负载和电池之间无缝地进行切换。
如图3所示,为锂离子电池充电器的典型应用电路。具有系统负载平衡和电源路径管理功能,可在不同电源轨之间切换。使用该设计一个优点是可对每个电源轨进行管理,并当输入电压不足以保持输出电压稳定时,电池将处于支援模式。有时,除恢復电池能量外,还提供诸如低电量指示或控制、电源选择之类的附加功能。
图3 系统负载平衡锂离子电池充电器架构图
电池充电器其他功能
随着锂离子电池日益广泛使用,安全和功能需求也不断上升。这些需求可能来自推行无危害设计指南的组织、当地的管理法规或政策、区域产品製造商偏好、电池製造商规範、设计人员的经验水準或终端用户的习惯等因素。而常见的功能包括用于每个充电阶段的计时器、输入过电压保护、通讯协定、多个稳压输出通道,以及电池认证等。
如图4所示,该图说明单节锂离子电池充电器的输入过电压保护功能。当输入电压超出保护阀值时,输出充电电流会终止,然后当输入电压下降到设计範围内时,输出充电电流会恢復(图5)。对于行动装置而言,从2006年12月开始,该功能已列入可携式通讯设备充电器的必要技术及测试项目。
图4 在输入过电压保护启动时充电电流终止
图5 充电电流恢復
另一方面,通过限制线性电池充电器的输入电压,可以防止终端用户因为错误使用墙式电源适配器,并防止产生尖峰电压。如公式4所示,假设充电电流为1A,如果输入和输出电压(电池电压)上升,则功耗也会上升。因此,当输入电压和电池电压之间的电压差上升到4V时,功耗将为4瓦。
PDISSIPATION=ICHARGE×(VIN–VOUT)
PDISSIPATION=1A(7V–3V)=4瓦
绿色技术永远都是热门话题,而工程师和科学家总是努力不懈地改善现有的设计,为社会提供更好的解决方案。锂离子电池可做为燃料电池、太阳能电池、水力发电和风力发电的储存、后备或支援性能源。而高度整合的线性解决方案则可以克服低功率设计中的障碍。在须要考虑智慧、效率或功耗问题时,设计人员应全面地研究其解决方案,在可用平台之间进行权衡。值得注意的是,在设计电池或任何电源系统时,安全性绝对是优先考虑因素。
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