如何選擇鋰離子充電管理IC

制造商越來越多地選用鋰離子電池，以延長(zhǎng)便攜電子設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)減小產(chǎn)品的尺寸和重量。雖然有不少鋰離子電池充電管理IC可供設(shè)計(jì)者選擇，但只有幾種能提供理想的各項(xiàng)指標(biāo)。本文首先審視一下鋰離子充電器的各項(xiàng)特性及要求，然后為設(shè)計(jì)人員介紹如何正確選擇充電管理IC。

了解鋰離子化學(xué)電池
----鋰離子電池的能量密度是目前可選的可充電電池中最高的。其他選擇包括鎳鎘電池（NiCd）、鎳氫電池（NiMH）和密封鉛酸電池（SLA）。
----高能量密度使鋰離子電池在急需小尺寸和輕重量的應(yīng)用領(lǐng)域極具吸引力。例如筆記本個(gè)人電腦、蜂窩電話和個(gè)人數(shù)字助理（PDA）。表1列出了鋰離子電池的其他特性。

充電管理
----在一個(gè)充電周期內(nèi)，鋰離子電池在充電開始之前必須進(jìn)行確認(rèn)，還可能要進(jìn)行狀態(tài)準(zhǔn)備。如果電池電壓或溫度超出制造商允許的范圍之外則禁止充電。出于安全方面的考慮，熱（一般45℃以上）或冷（一般低于10℃）電池的充電要暫緩，直到電池達(dá)到正常的工作溫度范圍之內(nèi)。
----存放很長(zhǎng)時(shí)間的已放電電池可能處于深放電狀態(tài)（每節(jié)電池一般低于3V）。在這種情況下，在進(jìn)行完全充電過程之前要完成一段時(shí)間的涓流充電。
----鋰化學(xué)電池的充電算法有點(diǎn)復(fù)雜。鋰離子電池首先要以1C或更小的恒定電流充電，直到電池電壓達(dá)到充電電壓限度。
----該階段一般能完成60%到70%的充電量。然后電池以恒定電壓進(jìn)行充電。恒壓值一般處于4.1到4.2V之間，具體數(shù)值取決于電池制造商以及陽極材料是焦炭還是石墨。恒壓值必須穩(wěn)定在±1%之內(nèi)。

通用的電源控制器不能提供管理整個(gè)鋰離子電池充電過程所需的智能。

表1：鋰離子電池特性

表2：充電管理關(guān)鍵功能

----在穩(wěn)壓階段充電電流逐漸減小。一旦電流小于最大充電電流的10%至15%，充電一般就結(jié)束了。由于鋰離子電池的自放電相對(duì)較低，所以一般不需要涓流充電過程。

精確電壓調(diào)節(jié)
----鋰離子電池的電壓調(diào)節(jié)十分關(guān)鍵，原因有二。首先，穩(wěn)定的電壓是在不毀壞電池的條件下將電池電量充至最滿的條件。在較低電壓下充電不毀壞電池，但降低了電池組的放電量，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)間不夠長(zhǎng)。其次，過大的充電電壓可能造成內(nèi)部電池組保護(hù)器在充電過程中斷路。
----提供精確電壓調(diào)節(jié)的一個(gè)難點(diǎn)在于，加在電池組兩端的充電電壓并不正好等于加在每節(jié)電池上的電壓。差異是由電池組內(nèi)部各種元件的IR電壓降造成的。這些因素可能包括端接電阻、保護(hù)性FET的導(dǎo)通電阻、內(nèi)部連線和感測(cè)電阻（如果用來測(cè)量電池容量）。
----克服這一難題的方法是在穩(wěn)壓階段提供動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償?！皠?dòng)態(tài)”是指隨著電流I的減小，IR補(bǔ)償值也要隨著減小。這方面的例子有Texas Instruments公司生產(chǎn)的bq2057充電管理IC的自動(dòng)補(bǔ)償特性。

鋰離子電池充電管理IC
----理解充電管理IC和通用電源控制器之間的差別很重要。不論開關(guān)電源控制器還是線性電源控制器，它們都是為很多種應(yīng)用中調(diào)節(jié)電流和/或電壓而設(shè)計(jì)的。雖然這些器件可以用來調(diào)節(jié)鋰離子電池充電電流和/或電壓，但它們并不能提供管理整個(gè)充電過程所需的智能。
----相反，充電管理IC是特為化學(xué)電池設(shè)計(jì)的理想產(chǎn)品，它們使電池的三項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到最大：容量、壽命和安全性。表2總結(jié)了充電管理器件中應(yīng)用的幾項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。
----是選擇線性還是開關(guān)電流和電壓調(diào)節(jié)器很大程度上取決于具體應(yīng)用。線性方案成本低，最適合低電流應(yīng)用。當(dāng)充電電流和輸入至輸出電壓差上升時(shí)，開關(guān)電源控制器提供很低的熱損耗及更高的工作效率。