電池基電源管理系統的設計分析

充電器

　　充電器通常指的是一種將交流電轉換為低壓直流電的設備。充電器在各個(gè)領(lǐng)域用途廣泛，特別是在生活領(lǐng)域被廣泛用于手機、相機等等常見(jiàn)電器。充電器是采用電力電子半導體器件，將電壓和頻率固定不變的交流電變換為直流電的一種靜止變流裝置。在以蓄電池為工作電源或備用電源的用電場(chǎng)合，充電器具有廣泛的應用前景。

　　充電器有很多，如鉛酸蓄電池充電器、閥控密封鉛酸蓄電池的測試與監測、鎘鎳電池充電器、鎳氫電池充電器、鋰離子電池充電器、便攜式電子設備鋰離子電池充電器、鋰離子電池保護電路多功能充電器、電動(dòng)車(chē)蓄電池充電器、車(chē)充等。

　　充電器按能源使用方式分類(lèi)

　　普通充電器：用普通家庭用電等通過(guò)變壓器提供能源。

　　太陽(yáng)能充電器：利用太陽(yáng)能面板收集太陽(yáng)能

　　無(wú)線(xiàn)充電器：利用電磁耦合等原理

　　手搖充電器：利用人力

　　干電池應急充：利用1節到幾節干電池，提供應急充電，一般大概能提供十幾分鐘的電能。

　　用充電器給電池充電時(shí)，一定要按電池的充電說(shuō)明書(shū)選用合適規格的充電器，并正確連接。否則會(huì )出現用電器損壞或安全事故，建議選用智能型充電器，因為其保護完善。一般不會(huì )出現事故。

　　二次電池的充電和放電能力是用“C”表示，指示安培一小時(shí)（Ah）。實(shí)際的電池能力依賴(lài)于C率和溫度。大多數便攜電池額定為1C。1C放電汲取等于額定能力的電流。

　　可重新充電電池的性能和壽命主要依賴(lài)于充電器的質(zhì)量。一種充電器（只用于NiCd）加約0.1C固定充電率。一個(gè)較快的充電器用大約0.3C充電率可耗時(shí)3~6小時(shí)。

　　NiMH電池充電器也適合于NiCd電池，但反之不行。鋰基電池充電器需要更嚴格的算法和電壓。對于大多數鋰電池組，1C以上充電是不可能的，因為保護電路限制電路限制電池可接受的電流量。

　　Li-ion電池在達到滿(mǎn)充電時(shí)，每個(gè)電池都具有嚴格的電壓、電壓容限，而且無(wú)涓流或浮充電。在1C起始電流對Li-ion電池充電需要3小時(shí)左右。在達到上限電壓閥值以及電流下降和電平超過(guò)額定充電電流大約30%時(shí)，滿(mǎn)充電會(huì )發(fā)生。增大Li-ion充電電流對縮短充電時(shí)間會(huì )有點(diǎn)影響。盡管用較高的電流可更快地達到電壓峰值，但充電耗時(shí)會(huì )比較長(cháng)。Li-ion電池不能吸收過(guò)充電，過(guò)充電會(huì )導致電池過(guò)熱。Li-ion恒流恒壓（CCCV）對于保證最大能量到電池而不過(guò)壓是重要的。

　　電壓穩壓器與電池的匹配

　　電池輸出連接到電壓穩壓器IC的輸入，電壓穩壓器系統負載提供穩定的電壓。穩壓器芯片在電池電壓下降時(shí)能使電池基系統工作正常。

　　有3種電壓穩壓IC拓撲用于電池基系統：開(kāi)關(guān)模式，低壓降（LDO）和電荷泵。沒(méi)有單個(gè)電壓穩壓器IC拓撲適合所有電池基應用。因此，對具體的應用應選擇合適的電壓穩壓器拓撲。

　　開(kāi)關(guān)穩壓器

　　開(kāi)關(guān)穩壓器IC接收dc輸入并用脈寬調制（PWM）來(lái)控制功率半導體開(kāi)關(guān)的導通和截止時(shí)間。然后，整流和濾波開(kāi)關(guān)輸出，從而提供dc 輸出電壓。dc輸出部分與穩壓的基準電壓進(jìn)行比較，而任何相應的誤差信號導致PWM電路來(lái)保持恒定的輸出電壓。

　　圖1示出通常用于便攜系統電壓穩壓的一個(gè)簡(jiǎn)化、隔離開(kāi)關(guān)電源。此電源是隔離的，這是因為從輸入到輸出無(wú)直通的dc通路，圖中的變壓器提供隔離。開(kāi)關(guān)電源也可以是非隔離式的，這意味著(zhù)輸入和輸出間存在直通的通路。開(kāi)關(guān)穩壓器的效率是一個(gè)重要的特性，特別是對于電池基系統而言更是這樣。對效率有主要影響的是相關(guān)的功率半導體開(kāi)關(guān)，它的導通電阻、工作電流和開(kāi)關(guān)速度決定效率。

　　影響效率的另一因素是輸出整流器配置。一些電壓穩壓器IC采用外部肖特基整流器。應由快速開(kāi)關(guān)功率MOSFET構成的同步整流器（圖2）替代肖特整流器，這可改善效率。

　　現在開(kāi)關(guān)穩壓器IC工作在100KHz~2MHz，這會(huì )產(chǎn)生影響效率的另外因素。穩壓器所采用的磁元件（電感器和變壓器 ）在開(kāi)關(guān)頻率必須有最小的功耗。更快的開(kāi)關(guān)頻率考慮采用物理尺寸更小的外部元件，較高的開(kāi)關(guān)頻率可導致