鋰離子電池的線(xiàn)性和開(kāi)關(guān)式充電解決方案

　　基于Microchip MCP73861的全集成線(xiàn)性解決方案如圖4所示。MCP73861包含了MCP73843的所有功能，另外還包括電流檢測、傳輸晶體管、反向放電保護以及電池溫度監測。

充電周期波形

　　利用MCP73843在1C和0.5C恒流充電速率下的整個(gè)充電周期如圖5。以0.5C而不是1C速率充電時(shí)，充電結束的時(shí)間大約晚了一個(gè)小 時(shí)。MCP73843在快速充電過(guò)程中會(huì )按充電電流成比例地縮減充電終止電流。結果是充電時(shí)間延長(cháng)36%，好處則是電池容量增加2%，同時(shí)還減少了功率損 耗。充電終止電流從0.07C降到0.035C，使得最終電池容量從~98%增長(cháng)到~100%。系統設計師必須在充電時(shí)間、功率損耗和可用電池容量之間進(jìn) 行權衡。

　　開(kāi)關(guān)式充電解決方案

　　輸入電壓波動(dòng)范圍寬或輸入輸出電壓差大的應用通常采用開(kāi)關(guān)式充電解決方案。此類(lèi)應用中，開(kāi)關(guān)式解決方案的優(yōu)點(diǎn)體現在可以提高效率，缺點(diǎn)則是系統復雜、尺寸相對較大且成本較高。例如應用中需要利用汽車(chē)適配器以0.5C或1C的恒定電流對一個(gè)2200mAh的單節鋰離子電池充電，由于散熱等問(wèn)題，利用線(xiàn)性解決方案實(shí)現極為困難，當然也可以采用支持熱調節的線(xiàn)性解決方案，但降低充電電流造成的充電周期延長(cháng)是無(wú)法接受的。

　　成功設計開(kāi)關(guān)式充電解決方案的第一步是選擇設計結構：降壓式、升壓式、升/降壓式、反激式、單端初級電感式(SEPIC)或者其他形式。根據輸 入和輸出要求以及經(jīng)驗，可以迅速將適用于該應用的選擇范圍縮小為兩種結構：降壓式還是SEPIC式。降壓式轉換器的優(yōu)點(diǎn)是僅需要一個(gè)電感，而缺點(diǎn)是需要額 外的二極管用于反向放電保護、高端柵極驅動(dòng)和電流檢測，以及脈沖式輸入電流(會(huì )導致EMI)。SEPIC拓撲結構的優(yōu)點(diǎn)是低端柵極驅動(dòng)和電流檢測、持續輸 入電流以及輸入和輸出間的直流隔離，其主要缺點(diǎn)是需要兩個(gè)電感和一個(gè)能量傳輸電容。

　　MCP1630是一款可配合單片機使用的高速脈寬調制器(PWM)，配合單片機，MCP1630可控制電源系統占空比，提供輸出電壓或電流穩定 功能。PIC16F684單片機可用于輸出穩壓或穩流，以及開(kāi)關(guān)頻率和最大占空比的調整。MCP1630產(chǎn)生占空比，并可根據不同外部輸入提供快速過(guò)流保 護。外部信號包括輸入振蕩器、參考電壓、反饋電壓和電流檢測。輸出信號是一個(gè)方波脈沖。充電器采用的電源結構是SEPIC。單片機提供了極大的設計靈活 性。此外單片機還可以與電池包內的電池監控器(Microchip的PS700)通信，從而大大縮短充電周期時(shí)間。

　　充電周期波形

　　利用開(kāi)關(guān)式充電解決方案的整個(gè)充電周期如圖6所示。通過(guò)在充電系統中采用電池監控器，可以大大縮短充電周期，使用電池監控器就不必再檢測電池包保護電路兩端的電壓以及充電電流的接觸電阻。

　　結論

　　在目前的便攜式產(chǎn)品中，要正確地實(shí)現電池充電需要仔細地設計考慮。本文討論了鋰離子電池的線(xiàn)性和開(kāi)關(guān)式充電解決方案，本文所探討的指導原則和設計考慮要素，實(shí)際上也是所有電池充電系統設計都需要考慮的。