了解鋰離子電池充電IC選項

隨著手持交易的不斷發(fā)展，對電池充電器的需求也在不斷新增。要為這項任務(wù)選擇合適的集成電路(IC)，我們要權(quán)衡幾個因素。在規(guī)劃之初，要考慮解決方法規(guī)格、USB規(guī)格、充電率、成本等因素。在這篇文章中，我們將介紹不同的充電拓撲，并討論電池充電器IC的一些特性。此外，我們將探索一個應(yīng)用和現(xiàn)有的解決方法。

鋰離子電池充電循環(huán)

鋰離子電池要專門的充電周期，以實現(xiàn)安全充電和最大限度地延長電池壽命。電池充電有兩個階段:穩(wěn)定電流(CC)和穩(wěn)定電壓(CV)。當電池低于完全充電的電壓時，電流通過一個調(diào)節(jié)器進入電池。在CC方法下，電流通過穩(wěn)壓達到兩個值之一。假設(shè)一個非常低的電池電壓，充電電流下降到預(yù)充電水平，以適應(yīng)電池和防止電池損壞。這個閾值隨著電池的化學(xué)性質(zhì)而變化，一般取決于電池制造商。一旦電池電壓超過預(yù)充電閾值，充電就上升到快速充電電流水平。一般電池推薦的最大快速充電電流為1C(C=1小時耗盡電池所需的電流)，但該電流也取決于電池制造商。典型的充電電流為~0.8c，以最大限度地延長電池壽命。當電池充電時，電壓升高。當電池電壓升至穩(wěn)壓(一般為4.2v)后，充電電流逐漸減小，電池電壓趨于穩(wěn)定，防止過度充電。這樣，當電池充電時，電流逐漸減小，電池阻抗減小。假設(shè)電流下降到預(yù)定的水平(通常為快速充電電流的10%)，充電就終止了。我們一般不浮電池充電，因為這樣會縮短電池壽命。圖1圖示了典型的充電周期。

將適配器電壓轉(zhuǎn)換為電池電壓并控制不同的充電階段有兩種拓撲結(jié)構(gòu):線性調(diào)節(jié)器和感應(yīng)開關(guān)。這兩種拓撲在體積、功率、解決方法成本和電磁干擾(EMI)輻射方面各有優(yōu)缺點。讓我們來看看這兩種拓撲的各種優(yōu)點和優(yōu)缺點。

一般情況下，電感開關(guān)是功率最高的最佳選擇。使用電阻等檢測元件檢測輸出端的充電電流。當充電器采用CC方式時，電流回顯電路控制占空比。CV法下的占空比由電池電壓檢測回波電路控制。根據(jù)特性集，可能會出現(xiàn)其他一些控制循環(huán)。稍后我們將詳細地回顧這些循環(huán)。感應(yīng)開關(guān)電路要開關(guān)元件、整流器、電感器和輸入輸出電容器。關(guān)于許多應(yīng)用，解決方法的規(guī)格可以通過選擇一個將開關(guān)組件和整流器合并到集成電路中的設(shè)備來縮小。根據(jù)負載，這些電路的典型功率是80%到96%。開關(guān)轉(zhuǎn)換器通常要更多的空間和更昂貴的，因為他們的電感規(guī)格。開關(guān)變換器還會引起電感的電磁輻射和開關(guān)輸出端的噪聲。

線性充電器通過降旁路元件的輸入電壓，直流電壓降。這樣做的好處是，解決方法只要三個組件:一個旁路組件和一個輸入/輸出電容。與電感開關(guān)相比，線性電壓降調(diào)節(jié)器(LDO)通常是一種低成本、低噪聲的解決方法。電流通過調(diào)整器旁通組件的電阻進入電池，然后控制充電電流。電流響應(yīng)一般來自充電器IC的輸入。測試電池電壓以供應(yīng)CV響應(yīng)。改變旁路元件的電阻，以保持進入集成電路輸入的穩(wěn)定電流或穩(wěn)定電池電壓。設(shè)備的輸入電流等于負載電流。這意味著解的功率等于輸出電壓與輸入電壓之比。LDO解決方法的缺點是在高I/o電壓比下功率低。所有的電力都被旁路組件消耗掉了，這意味著關(guān)于那些高充電電流、輸入輸出差異大的應(yīng)用來說，LDO并不是一個理想的選擇。