電池基電源管理系統(tǒng)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。充電器在各個領域用途廣泛，特別是在生活領域被廣泛用于手機、相機等等常見電器。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(jiān)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、電動車蓄電池充電器、車充等。

　　充電器按能源使用方式分類

　　普通充電器：用普通家庭用電等通過變壓器提供能源。

　　太陽能充電器：利用太陽能面板收集太陽能

　　無線充電器：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(jié)到幾節(jié)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，一定要按電池的充電說明書選用合適規(guī)格的充電器，并正確連接。否則會出現(xiàn)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。一般不會出現(xiàn)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（Ah）。實際的電池能力依賴于C率和溫度。大多數(shù)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于充電器的質量。一種充電器（只用于NiCd）加約0.1C固定充電率。一個較快的充電器用大約0.3C充電率可耗時3~6小時。

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

　　電壓穩(wěn)壓器與電池的匹配

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

　　有3種電壓穩(wěn)壓IC拓撲用于電池基系統(tǒng)：開關模式，低壓降（LDO）和電荷泵。沒有單個電壓穩(wěn)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(wěn)壓器拓撲。

　　開關穩(wěn)壓器

　　開關穩(wěn)壓器IC接收dc輸入并用脈寬調(diào)制（PWM）來控制功率半導體開關的導通和截止時間。然后，整流和濾波開關輸出，從而提供dc 輸出電壓。dc輸出部分與穩(wěn)壓的基準電壓進行比較，而任何相應的誤差信號導致PWM電路來保持恒定的輸出電壓。

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

　　影響效率的另一因素是輸出整流器配置。一些電壓穩(wěn)壓器IC采用外部肖特基整流器。應由快速開關功率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(xiàn)在開關穩(wěn)壓器IC工作在100KHz~2MHz，這會產(chǎn)生影響效率的另外因素。穩(wěn)壓器所采用的磁元件（電感器和變壓器 ）在開關頻率必須有最小的功耗。更快的開關頻率考慮采用物理尺寸更小的外部元件，較高的開關頻率可導致