安森美半導體針對充電電池的低成本CCR充電解決方案

對于手機、數碼相機(DSC)、音樂播放器等便攜設備中常見的單節(jié)鋰離子電池等而言，充電一直是一個頗有挑戰(zhàn)性的問題，因為既要滿足特定應用要求，又要確保安全和無故障的充電操作。本文將討論怎樣將安森美半導體的恒流穩(wěn)流器(CCR)用于可充電電池的低成本充電電路，為其提供了終止充電的簡單控制器。

電池種類及充電技術選擇

三種最常見的充電電池分別是鎳金屬氫化物(NiMH)、鎳鎘(NiCad)和鋰離子(Li-ion)。電池充電速率用字母“C”表示。“C”定義了1.0小時的電池容量。例如，一個額定值為800 mAh(毫安時)的電池可以用0.5C充電，因而使電池完全充電需要以400 mA充電電流充電超過2個小時。圖1是充電電路的基本框圖。

圖1：充電電路基本框圖

1) 鎳氫和鎳鎘電池

鎳氫電池的額定電壓為1.2 V/節(jié)，應該用高達1.5-1.6 V/節(jié)的電壓充電。要決定何時中斷充電有幾種不同技術可以采用，其中包括：峰值電壓檢測、負Δ電壓、Δ溫度(dT/dt)、溫度閾值和定時器。對于高端充電器這些技術都有可能組合用在一個充電器當中。

CCR充電器是一個峰值電壓檢測電路，可在預定峰值終止充電，為上述電池的充電提供了一個合適的解決方案。其預定峰值電壓為1.5 V/節(jié)，可將電池充電至約97％的程度。鎳鎘電池可以使用該電路充電。其表現與鎳氫電池非常相似，所以這種方法很合適。

2) 鋰離子電池

對鋰離子電池而言，常用的充電方法是在0.5C到1C條件下通過涓流充電將電池充電至4.2 V/節(jié)。在充電過程中，鋰離子電池的溫升應保持在低于5℃，較高的溫升表明可能會引發(fā)自燃。涓充部分的充電周期電池溫升最大，最有可能自燃。由于這個問題，高端充電可使用智能IC(如安森美半導體的NCP1835B)來監(jiān)視和控制鋰離子電池的充電過程。

恒流穩(wěn)流器(CCR)充電電路設計

本文討論的CCR控制器沒有使用涓流充電，因此消除了可能自燃的問題，讓電池處在一個安全工作區(qū)有助于提高電池的使用壽命。不過，不使用涓流充電，電池將只能充電到約85％的程度。

1) 設置參考電壓

利用三端可編程分流穩(wěn)壓器TL431可以設置參考電壓。它可在其參考引腳提供一個恒定的2.5 V輸出。當如圖2所示連接兩個外部電阻時，參考電壓可以選為2.5 V至36 V。出于我們的目的，我們將R2設置為1.0 kΩ，并將Rref調整到我們想要匹配的參考電壓。用來得出R2/Rref比率的公式是：

連接到TL431陰極的電阻用來限制電流，并將參考電壓與輸入電壓分開。

圖2：參考電壓的設置

2) 遲滯環(huán)路比較器

LM311是一個單比較器，用來比較參考電壓與電池電壓。連接到反相輸入端的是電池電壓。遲滯是由輸出和非反相輸入端之間的反饋電阻(Rh)提供的。R3是一個1.0 kΩ的電阻，用來簡化R3/Rh的比例。通過調整Rh可以改變遲滯環(huán)的帶寬。增加Rh可以減少帶寬，反之亦然。建議遲滯的帶寬大于200 mV，因為在充電終止時，電池的電壓會略微下降一些。高電壓與低電壓的反相輸入公式是：