为锂离子电池使用配置好安全技术

避免电池与PWM充电电源短路

电池充电器受控于基带微处理器，如果微处理器停止运行可能造成电池过充、损坏电池。在图4所示充电电路中，如果基带微处理器闭锁时充电电源仍与电池相连，则有可能造成电池过充、损坏电池。为解决这一问题需在电路中添加一个监视器，对PWM输入信号进行监视。如果在规定的时间内检测不到PWM输入端信号，则切断电源与电池的连接。为保证电路的可靠性，保护电路应该独立工作、不受微处理器的制约，当PWM信号恢复时保护电路能够重新开启充电过程。

图4所示电路，利用MAX6321-HPUK30-CY带有看门狗功能的上电复位电路(IC1)监视PWM信号、控制MAX4514-CUK SPST模拟开关(IC2)的通断，保证在PWM信号消失时(微处理器停止运行)断开充电电源与电池的连接。图4中R4、D2和C1用于保护IC1和IC2，避免适配器电压过高时造成芯片损坏。由于附加电路的静态电流较低(30μA)，R4的选择并不严格，只要保证齐纳二极管的拐点电流(0.5mA)即可。当充电器电源断开时，保护电路没有任何供电电压，因而也不会消耗电池能量。



图4用MAX6321芯片监视PWM信号控制好电池的安全方案

图4实际上在是在防电池与充电电源短路的基本电路中添加IC1、IC2，当在处理器停止工作时提供电池保护。输出用于提供充电就绪指示，当输出高电平时，允许基带微处理器控制充电器工作，PWM信号通过Q1驱动控制Q2 (p沟道MOSFET)的通断。的漏极开路输出结构允许它连接到相同电源或不同电源供电的电路中。这样，不需要充电时可以将看门狗电路、PWM电路置于关断状态。

选择电池充电器以延长电池寿命

尽管电池充电器对电池的深度放电、放电电流和电池温度不加以控制，但是所有这些因素对电池寿命都有影响，很多充电器具有能够延长电池寿命的功能，而且有时可以极大地延长电池寿命。

电池充电器延长电池寿命的作用主要由充电器的浮动电压和充电终止方法决定。如凌力尔特公司的很多锂离子电池充电器具有4.2V+1%(或更低)的固定浮动电压，但是有一些产品为4.1V和4.0V以及具有可调浮动电压。一些具有较低浮动电压的电池充电器，用来给12V锂离子电池充电时可以延长电池寿命。

不提供较低浮动电压选项的电池充电器也能延长电池寿命。采用最小充电电流终止方法(C/10或C/x)的充电器通过选择以恰当的充电电流值终止充电周期，可以延长电池寿命。C/10终止大约仅将电池充电至其容量的92%，但是将提高周期 寿命。C/5终止可以将周期寿命延长一倍，但是电池充电量进一步降低至约为容量的85%。图5示出凌力尔特公司的几款充电器，分别采用C/10(10%电流门限)或C/x(可调电流门限)充电终止模式。

采用MSP430F1 2X2单片机对电池充电进行管理，见图5。



图5 用MSP430F1 2X2单片机对电池充电进行管理方案

LTC4088是一款面向便携式USB设备的自主型高效率电源管理器、理想二极管控制器和电池充电器。LTC4088的开关前端拓扑结构具有电源通路控制功能，该拓扑结构优化了USB端口的可用功率，旨在以极低的功耗进行电池的充电和应用设备的供电，同时缓解了空间受限的媒体播放器、数码相机、PDA、GPS装置和智能手机中的热管理问题。因此，该IC允许VOUT上的负载电流超过USB端口所吸收的电流，而不会超过USB负载规格限值。图6为LTC4088高效率电池充电器电路。



图6 为LTC4088高效率电池充电器电路示意图.

LTC4088的全功能单节锂离子/锂聚合物电池充电器采用一种恒定电压、恒定电流拓扑结构，可提供1.2A的充电电流。Bat—Track操作可在电池充电器中保持低功耗，以实现最佳的充电时间和较少的发热量。“即时接通”型操作使得便携式产品能够在加电之后立即运行，而无需等待电池充电。此外，该充电器还具有热限制、自动再充电、采用自动充电终止和固定持续时间安全定时器的独立型操作、低电压涓流充电、失效电池组检测和一个用于实现合格温度充电的热敏电阻输入。该1C的额外功能包括一个用于系统微处理器电源轨的“始终接通”型3.3V，25mA LDO，以及一个用于防止当有一部设备与暂停USB端口相连时发生电池漏电的暂停LDO。

结语

除了上述为锂离子电池使用的配置好安全技术方案外，还有如采用部分放电的做法、避免充电至容量的100%、选择合适的充电终止方法、避免大的充电和放电电流，因为这会缩短周期寿命和避免低于2V或2.5V的深度放电等多种方法可选配。