快速發(fā)展的電池充電器IC
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
多方面的挑戰(zhàn)
鋰離子電池的容量還在不斷地增大。而且，在很多場合中，多節(jié)鋰離子電池要串聯(lián)或并聯(lián)在一起供電。在這種情況下，快速充電能力就成為了衡量充電器IC的重要因素。而充電器IC的充電速度主要由充電電流來決定，所以各家廠商都在盡力加大充電器IC的快充電流。其次，充電器IC的效率也是個重要問題。特別是在能源緊缺的大環(huán)境下，如何提高充電器的效率就顯得尤為重要了。第三，充電器IC的靈活性。因為鋰離子電池的充電過程是非常復(fù)雜的，這就要求充電器IC能有相適應(yīng)的辦法。而且，各種終端設(shè)備的用電情況也不相同，使得充電器要有很強的適應(yīng)能力。第四，則是充電的安全問題。近兩年內(nèi)，有關(guān)鋰離子電池自燃、爆炸的事故經(jīng)常出現(xiàn)。雖然大多事件跟充電無關(guān)，但充電的過程中這個危險也同樣存在。過流或過壓的情況都會使鋰離子電池的溫度陡然升高，最后燃燒爆炸。所以，安全性問題是絕對要倍加重視的。最后，充電器的小型化趨勢明顯，這就同時意味著充電器IC在功能更加豐富的同時，繼續(xù)縮小自己的尺寸。
活躍的充電器IC市場
雖然挑戰(zhàn)諸多，但充電器IC的市場還是非常誘人的。據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計，中國去年全年就生產(chǎn)了幾億個充電器，而這個數(shù)字在今后還會繼續(xù)增長。所以，各個電源芯片廠家紛紛推出各式充電器芯片。在本年內(nèi)，就有多款芯片問世。這其中，有Freescale公司的MC3467x系列，Maxim公司的MAX17005/MAX17006/MAX17015，Linear公司的LTC4061，TI公司的bq24083等。它們除了具備快速充電，高效率和多重防護(hù)能力外，并還有著自己的特點。比如，MC3467x系列就內(nèi)置了寄存器，可以根據(jù)客戶的需求，在生產(chǎn)流程結(jié)束時對管腳輸出、功能集和充電參數(shù)、LED指示燈進(jìn)行定制，從而組合成數(shù)百種配置，滿足多種應(yīng)用。圖1是MC3467x的簡明結(jié)構(gòu)。
圖1 MC3467x系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)
精確控制
前面提過，鋰離子電池的充電過程比較復(fù)雜。在充電初期，充電器要以恒定電流充電，直到電池電壓達(dá)到充電電壓限度。該階段一般能完成60%～70%的充電量。然后，電池再以恒定電壓進(jìn)行充電。此恒壓值一般處于4.1～4.2V之間，電壓準(zhǔn)確率要在±1%之內(nèi)。此處就是體現(xiàn)充電器IC功力的地方，優(yōu)秀的充電器IC，其電壓準(zhǔn)確率都很高。以MC3467x系列為例，MC34671和MC34673在-20～+70℃溫度范圍內(nèi)的輸出電壓精度為±0.7%(室溫下為±0.2%)，在-40℃～+85℃溫度范圍內(nèi)的充電電流精度為±5%和±6%。精確的電壓控制使得電池在不受損害的條件下，可以充至最大電量。這樣既延長了電池壽命，又減小了能耗損失。
在恒流和恒壓充電方式之外，鋰離子電池還存在一種充電模式，那就是涓流充電。這種方式存在的原因是存放很長時間的已放電電池可能處于深放電狀態(tài)，對其進(jìn)行大電流充電，會造成一定損害。在這種情況下，在進(jìn)行完全充電過程之前要先來一段時間的小電流充電。對于MC3467x系列來說，當(dāng)電池電壓小于涓流模式閾值電壓的時候，涓流充電模式啟動，芯片以恒流充電電流20%的大小來進(jìn)行充電。
對于充電器IC來說，對充電過程的控制是最為重要的。以MC3467x系列為例，在最后的恒壓充電過程中，當(dāng)充電電流降至EOC（充電截至）電流的時候，充電IC會通過CHG信號通知用戶電池已充滿，但是充電過程并沒有終止，芯片會繼續(xù)輸出精確的鋰電池充電終止電壓4.2V，并對電池電壓繼續(xù)監(jiān)控，當(dāng)其低于再充電電壓閾值時（負(fù)載電流大于恒流充電電流導(dǎo)致電池放電，電壓下降），充電器會重新發(fā)出充電信號，將電池恢復(fù)到滿充狀態(tài)。整個充電過程如圖2所示。
對于充電器IC來說，充電電流是可以設(shè)定的。通過調(diào)整外接電阻，就可改變輸出電流。另外，像EOC電流、再充電閾值、涓流充電壓閾值也都是可以設(shè)定的。這樣，就使得充電器IC的適應(yīng)性大為增加。
圖2 充電過程電壓曲線
多重防護(hù)
對于充電器來說，最容易出現(xiàn)的問題就是錯接AC適配器，過高的輸入電壓會損害充電器。為此，很多充電器都調(diào)高了可接收的輸入電壓。如MC3467x系列，其能接收的輸入電壓就為28V。這樣就使用戶不用擔(dān)心錯接AC適配器。
當(dāng)然，防護(hù)的重點還是在充電過程中。首先，要防止充電電壓超過鋰電池額定電壓。其次，要防止恒流充電時的電流過大。再次，在大電流充電的場合，充電器要有檢測電池溫度的電路及溫升速度(ΔT/Δt)電路，若電池達(dá)到某一設(shè)定溫度或溫升速度時，會自動終止充電，防止出現(xiàn)不安全情況；為了安全，充電器還設(shè)有充電定時器，以防止充電時間過長所帶來的損害。對于具體的產(chǎn)品來說，像MC3467x系列，其就具有過壓保護(hù)、超時檢測、充電電流熱過載保護(hù)等功能。并且，這些功能的閾值參數(shù)也可以設(shè)定，極大方便了用戶的調(diào)試和使用。
結(jié)語
充電器IC的發(fā)展趨勢就是精確、安全和小型化。同時，還有更加多的數(shù)字技術(shù)融入其中。像是I2C接口，已經(jīng)出現(xiàn)在很多芯片其中了。而且，取電方式也從單一的適配器向USB兼容方向發(fā)展。相信隨著微電子技術(shù)以及電池技術(shù)的發(fā)展，充電器IC還會有更大的發(fā)展空間。
評論