電池與充電管理：選擇與權衡因素

鋰離子/鋰聚合物電池

與 NiCd 電池和 NiMH 電池相類(lèi)似，在快速充電之前盡可能檢驗并調節鋰離子電池。驗證和處理方法與上述使用的方法相類(lèi)似。

如圖 2 所示，驗證和預處理之后，先用一個(gè) 1C 或更低的電流對鋰離子電池進(jìn)行充電，直到電池達到其充電電壓極限為止。該充電階段通常會(huì )補充高達 70% 的電池容量。然后用一個(gè)通常為 4.2V 的恒定電壓對電池進(jìn)行充電。為將安全性和電池容量，必須要將充電壓穩定在至少 1%。在此充電期間，電池汲取的充電電流逐漸下降。就 1C 充電率而言，一旦電流電平下降到初始充電電流的 10-15% 以下充電通常就會(huì )終止。

圖 2 鋰離子電池化學(xué)技術(shù)充電曲線(xiàn)

開(kāi)關(guān)模式與線(xiàn)性充電拓撲的對比

傳統上來(lái)說(shuō)，手持設備都使用線(xiàn)性充電拓撲。該方法具有諸多優(yōu)勢：低實(shí)施成本、設計簡(jiǎn)捷以及無(wú)高頻開(kāi)關(guān)的無(wú)噪聲運行。但是，線(xiàn)性拓撲會(huì )增加系統功耗，尤其是當電池容量更高引起的充電率增加的時(shí)候。如果設計人員無(wú)法管理設計的散熱問(wèn)題，這就會(huì )成為一個(gè)主要缺點(diǎn)。

當 PC USB 端口作為電源時(shí)，則會(huì )出現其他一些缺點(diǎn)。當今在許多便攜式設計上都具有 USB 充電選項，并且都可提供高達 500mA 的充電率。就線(xiàn)性解決方案而言，由于其效率較低，可以從 PC USB 傳輸的“電能”量就被大大降低，從而導致了充電時(shí)間過(guò)長(cháng)。

這就是開(kāi)關(guān)模式拓撲有用武之地的原因。開(kāi)關(guān)模式拓撲的主要優(yōu)勢在于效率的提高。與線(xiàn)性穩壓器不同，電源開(kāi)關(guān)（或多個(gè)開(kāi)關(guān)）在飽和的區域內運行，其大大降低了總體損耗。降壓轉換器中功率損耗的主要包括開(kāi)關(guān)損耗（在電源開(kāi)關(guān)中）以及濾波電感中的 DC 損耗。根據設計參數的不同，在這些應用中出現效率大大高于 95% 的情況就不足為奇了。

當人們聽(tīng)到開(kāi)關(guān)模式這個(gè)術(shù)語(yǔ)時(shí)大多數人都會(huì )想到大型 IC、大 PowerFET 以及超大型電感! 事實(shí)上，雖然對于處理數十安培電流的應用而言確實(shí)是這樣，但是對于手持設備的新一代解決方案而言情況就不一樣了。新一代單體鋰離子開(kāi)關(guān)模式充電器采用了最高級別的芯片集成，高于 1MHz 的使用頻率以最小化電感尺寸。圖 1 說(shuō)明了當今市場(chǎng)上已開(kāi)始銷(xiāo)售的此類(lèi)解決方案。該硅芯片的尺寸不到 4 mm2，其集成了高側和低側 PowerFET。由于采用了 3MHz 開(kāi)關(guān)頻率，該解決方案要求一個(gè)小型 1uH 電感， 其外形尺寸僅為：2mm x 2.5mm x 1.2mm (WxLxH)。

充電器的選擇

電池充電器工具使得設計人員選擇正確的充電器的過(guò)程更輕松。圖 3 是 TI 網(wǎng)站上提供的一種工具的示例。

圖 3 電池充電器選擇工具

參考文獻

如欲了解電池充電選擇工具的更多詳情，敬請訪(fǎng)問(wèn)：www.ti.com/batterychargerselector-ca。
如欲了解 TI 本解決方案和其他電源解決方案的更多詳情，敬請訪(fǎng)問(wèn)： www.ti.com/power-ca。

作者簡(jiǎn)介

Masoud Beheshti 現任 TI 電池充電管理總監。他從事電源和電池管理領(lǐng)域的設計、產(chǎn)品定義、戰略營(yíng)銷(xiāo)和業(yè)務(wù)管理工作超過(guò) 19 年之久。Masoud 畢業(yè)于瑞爾森大學(xué) (Ryerson University, Toronto, Canada)，獲電子工程理學(xué)士學(xué)位，后又畢業(yè)于南衛理公會(huì )大學(xué)(達拉斯) (Southern Methodist University, Dallas, Texas)，獲金融與營(yíng)銷(xiāo) MBA。