充電電路沒有簡(jiǎn)單事，淺談如何執(zhí)行高效率設(shè)計(jì)

　　隨著便攜式產(chǎn)品越來越小，ESD容差也變得越來越重要。鄰近或在連接器上的ESD電荷變得越來越重要。因?yàn)锽JT（HB＞8000V）的結(jié)構(gòu)，其抗ESD性能明顯比MOSFET（HB＞300V）好，而且不需要外部ESD保護(hù)，因此減少了元件數(shù)量。

　　價(jià)格始終是設(shè)計(jì)人員需要考慮的一個(gè)重要因素。封裝形式越老、封裝尺寸越大，價(jià)格就越低。比如，SOT23（3 mm×3mm）是業(yè)內(nèi)成本最低的封裝之一。至于其他小型封裝，如ChipFET（3mm×2mm）或最新的WDFN（2mm×2mm）封裝，尺寸更小、熱阻更低，但是價(jià)格較高。在體積較大、形式較老的封裝中使用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)A將是性價(jià)比最高的解決方案。

　　結(jié)論

　　新產(chǎn)品推出時(shí)間越來越短，使得設(shè)計(jì)工程師不得不重用前一充電電路的設(shè)計(jì)，而這種做法常常使制造商陷入更被動(dòng)的局面，因?yàn)樗麄兊母?jìng)爭(zhēng)對(duì)手正在評(píng)估最新的技術(shù)并應(yīng)用這些新解決方案以獲得明顯的性能優(yōu)勢(shì)。市場(chǎng)需要更小、更薄、更快、更耐熱和更可靠的產(chǎn)品，在變攜產(chǎn)品的充電電路設(shè)計(jì)上，也是同樣，需要設(shè)計(jì)工程師考慮多方面的因素，最后取得性能和價(jià)格的平衡，使自己的產(chǎn)品能接受市場(chǎng)的挑戰(zhàn)。

　　如何權(quán)衡充電電池與電源管理

　　便攜式電子設(shè)備設(shè)計(jì)人員可以選擇各種各樣的化學(xué)技術(shù)、充電器拓?fù)湟约俺潆姽芾斫鉀Q方案。選擇一款最為合適的解決方案應(yīng)該是一項(xiàng)很簡(jiǎn)單的工作，但是在大多數(shù)情況下這一過程頗為復(fù)雜。設(shè)計(jì)人員需要在性能、成本、外形尺寸以及其他關(guān)鍵要求方面找到一個(gè)最佳平衡點(diǎn)。

　　本文將為廣大設(shè)計(jì)人員和系統(tǒng)工程師提供一些指導(dǎo)和幫助以使得該選擇工作變得更為輕松。

　　以3“C”開始實(shí)現(xiàn)充電控制

　　所有使用可充電電池的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員都需要清楚一些基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)，以確保滿足下面三個(gè)關(guān)鍵的要求：

　　1、電池安全性：毋庸置疑，終端用戶安全是所有系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最優(yōu)先考慮的問題。大多數(shù)鋰離子（Li-Ion）電池組和鋰聚合物（Li-Pol）電池組都含有保護(hù)電子電路。然而，還有一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的關(guān)鍵因素。其中包括但不局限于確保在鋰離子電池充電最后階段期間1%的穩(wěn)壓容限、安全處理深度放電電池的預(yù)處理模式、安全計(jì)時(shí)器以及電池溫度監(jiān)控。

　　2、電池容量：所有的電池充電解決方案都要確保在每一次和每一個(gè)充電周期都能將電池容量充至充滿狀態(tài)。過早的終止充電會(huì)導(dǎo)致電池運(yùn)行時(shí)間縮短，這是當(dāng)今高功耗的便攜式設(shè)備所不希望的。

　　3、電池使用壽命：遵循建議的充電算法是確保終端用戶實(shí)現(xiàn)每個(gè)電池組最多充電周期的重要一步。利用電池溫度和電壓限定每一次充電、預(yù)處理深度放電電池并避免過晚或非正常充電終止是最大化電池使用壽命所必須的一些步驟。

　　表1：充電控制總結(jié)。

　　電池化學(xué)技術(shù)的選擇

　　現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以在多種電池化學(xué)技術(shù)中進(jìn)行選擇。設(shè)計(jì)人員通常會(huì)根據(jù)下面的一些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電池化學(xué)技術(shù)的選擇，其中包括：

　　· 能量密度

　　· 規(guī)格和外形尺寸

　　· 成本

　　· 使用模式和使用壽命

　　近年來，盡管使用鋰離子電池和鋰聚合物電池的趨勢(shì)增強(qiáng)，但是Ni電池化學(xué)技術(shù)仍然是諸多消費(fèi)類應(yīng)用一個(gè)不錯(cuò)的選項(xiàng)。

　　無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)充電周期開始之前，并且盡可能在開始快速充電之前對(duì)鎳鎘（NiCd）電池和鎳氫（NiMH）電池必須要進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)節(jié)。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(duì)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(nèi)才會(huì)再次運(yùn)轉(zhuǎn)。要想處理一個(gè)“冷”電池（一般低于10℃）或過度放電的電池（每節(jié)電池通常低于1V），需要施加一個(gè)溫和的點(diǎn)滴式電流。

　　當(dāng)電池溫度和電壓正確時(shí)快速充電開始。通常用1℃或更低的恒定電流對(duì)NiMH電池進(jìn)行充電。一些NiCd電池可以用高達(dá)4C的速率進(jìn)行充電。采用適當(dāng)?shù)某潆娊K止來避免有害的過充電。

　　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(cè)，在峰值時(shí)即每個(gè)電池的電壓在0～-4mV范圍內(nèi)，快速充電被終止?；跍囟鹊目焖俪潆娊K止方法是觀察電池溫度上升率T/t來探測(cè)完全充電。典型的T/t率為1℃/每分鐘。

　　圖1：鎳電池化學(xué)技術(shù)的充電曲線。

　　鋰離子/鋰聚合物電池

　　與NiCd電池和NiMH電池相類似，在快速充電之前盡可能檢驗(yàn)并調(diào)節(jié)鋰離子電池。驗(yàn)證和處理方法與上述使用的方法相類似。

　　如圖2所示，驗(yàn)證和預(yù)處理之后，先用一個(gè)1C或更低的電流對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電，直到電池達(dá)到其充電電壓極限為止。該充電階段通常會(huì)補(bǔ)充高達(dá)70%的電池容量。然后用一個(gè)通常為4.2V的恒定電壓對(duì)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(wěn)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。