怎樣正確選擇鋰離子充電管理IC (圖)

怎樣正確選擇鋰離子充電管理IC (圖)

制造商越來越多地選用鋰離子電池，以延長便攜電子設(shè)備的運(yùn)行時間，同時減小產(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)計者選擇，但只有幾種能提供理想的各項指標(biāo)。本文首先審視一下鋰離子充電器的各項特性及要求，然后為設(shè)計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。例如筆記本個人電腦、蜂窩電話和個人數(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)。

----存放很長時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間的涓流充電。

----鋰化學(xué)電池的充電算法有點復(fù)雜（見圖）。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)行時間不夠長。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)的一個難點在于，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)部連線和感測電阻（如果用來測量電池容量）。

----克服這一難題的方法是在穩(wěn)壓階段提供動態(tài)電壓補(bǔ)償?！皠討B(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)計的理想產(chǎn)品，它們使電池的三項關(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，開關(guān)電源控制器提供很低的熱損耗及更高的工作效率。