電池與充電管理 選擇與權衡因素
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無(wú)論選擇何種電池化學(xué)技術(shù)，遵循每一種電池化學(xué)技術(shù)的正確充電管理技術(shù)都是至關(guān)重要的。這些技術(shù)將確保電池在每一次和每個(gè)充電周期都能被充至最大容量，而不會(huì )降低安全性或縮短電池使用壽命。
NiCd / NIMH
在一個(gè)充電周期開(kāi)始之前，并且盡可能在開(kāi)始快速充電之前對鎳鎘 (NiCd) 電池和鎳氫 (NiMH) 電池必須要進(jìn)行檢驗和調節。如果電池電壓或溫度超出了允許的極限是不允許進(jìn)行快速充電的。出于安全考慮，對所有“熱”電池（一般高于 45℃）的充電工作都會(huì )暫時(shí)終止，直到電池冷卻到正常工作溫度范圍內才會(huì )再次運轉。要想處理一個(gè)“冷”電池（一般低于 10℃）或過(guò)度放電的電池（每節電池通常低于 1V），需要施加一個(gè)溫和的點(diǎn)滴式電流。
當電池溫度和電壓正確時(shí)快速充電開(kāi)始。通常用 1C 或更低的恒定電流對 NiMH 電池進(jìn)行充電。一些 NiCd 電池可以用高達 4C 的速率進(jìn)行充電。采用適當的充電終止來(lái)避免有害的過(guò)充電。
就鎳基可充電電池而言，快速充電終止基于電壓或溫度。如圖 1 所示，典型的電壓終止方法是峰值電壓探測，在峰值時(shí)即每個(gè)電池的電壓在 0～-4mV 范圍內，快速充電被終止?；跍囟鹊目焖俪潆娊K止方法是觀(guān)察電池溫度上升率 DT/Dt 來(lái)探測完全充電。典型的 DT/Dt 率為 1℃/每分鐘。
圖 1 鎳電池化學(xué)技術(shù)的充電曲線(xiàn)
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http://www.elecfans.com/soft/49/50/2010/2010033072388.html
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
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