電池充電的解決方案分析

電池充電解決方案

事實(shí)上，所有3G手機(jī)都采用鋰離子電池作為主電源。由于散熱及空間的限制，設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)考慮選用何種類型的電池充電器，以及還需要哪些特性來確保對電池進(jìn)行安全及精確的充電。

線性鋰離子電池充電器的一個(gè)明顯趨勢是封裝尺寸繼續(xù)減小。但值得關(guān)注的是在充電周期(尤其在高電流階段)冷卻IC所需的板空間或通風(fēng)條件。充電器的功耗會(huì)使IC的接合部溫度上升。加上環(huán)境溫度，它會(huì)達(dá)到足夠高的水平，使IC過熱并降低電路可靠性。此外，如果過熱，許多充電器會(huì)停止充電周期，只有當(dāng)接合部溫度下降后才恢復(fù)工作。如果這種高溫持續(xù)存在，那么 充電器“停止和開始”的反復(fù)循環(huán)也將繼續(xù)發(fā)生，從而延長充電時(shí)間。為減少這些風(fēng)險(xiǎn)，用戶只能選擇減小充電電流來延長充電時(shí)間或增大板面積來散熱。因此，由于增加了PCB散熱面積及熱保護(hù)材料，整個(gè)系統(tǒng)成本也將上升。

對此問題有兩種解決方案。首先，需要一種智能的線性鋰離子電池充電器，它不必為擔(dān)心散熱而犧牲PCB面積，并采用一種小型的熱增強(qiáng)封裝，允許它監(jiān)視自己的接合部溫度以防止過熱。如果達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度閾值，充電器能自動(dòng)減少充電電流以限制功耗，從而使芯片溫度保持在安全水平。第二種解決方案是使用一種即使充電電流很高時(shí)也幾乎不發(fā)熱的充電器。這要求使用脈沖充電器，它是一種完全不同于線性充電器的技術(shù)。脈沖充電器依靠經(jīng)過良好調(diào)節(jié)且電流受限的墻上適配器來充電。

方案一 ： LTC4059A線性電池充電器

LTC4059A是一款用于單節(jié)鋰離子電池的線性充電器，它無需使用三個(gè)分立功率器件，可快速充電而不用擔(dān)心系統(tǒng)過熱。監(jiān)視器負(fù)責(zé)報(bào)告充電電流值，并指示充電器是何時(shí)與輸入電源連接的。它采用盡可能小的封裝但沒有犧牲散熱性能。整個(gè)方案僅需兩個(gè)分立器件(輸入電容器和一個(gè)充電電流編程電阻)，占位面積為2.5mm×2.7mm。 LTC4059A采用2mm×2mm DFN封裝，占位面積只有SOT-23封裝的一半，并能提供大約60℃/W的低熱阻，以提高散熱效率。通過適當(dāng)?shù)腜CB布局及散熱設(shè)計(jì)，LTC4059A可以在輸入電壓為5V的情況下以最高900mA的電流對單節(jié)鋰離子電池安全充電。此外，設(shè)計(jì)時(shí)無需考慮最壞情況下的功耗，因?yàn)長TC4059A采用了專利的熱管理技術(shù)，可以在高功率條件(如環(huán)境溫度過高)下自動(dòng)減小充電電流。

方案二 ：帶過流保護(hù)功能的LTC4052脈沖充電器

LTC4052是一款全集成的脈沖充電器，用于單節(jié)4.2V鋰離子/鋰聚合物電池。當(dāng)輸入電壓為5.25V并以0.8A電流進(jìn)行快速充電時(shí)，LTC4052的功耗大約為280mW，而線性充電器解決方案的功耗則高達(dá)1.8W。與采用電感來獲得高效率和低散熱的開關(guān)充電器不同，LTC4052采用無電感設(shè)計(jì)。利用LTC4052設(shè)計(jì)的700mA至2A鋰離子/鋰聚合物電池充電器電路僅占70mm2 的面積 ，且高度低于1.7mm。通過將功耗減至最低水平，LTC4052可放寬終端設(shè)備對熱設(shè)計(jì)的要求，允許采用更小的封裝、更小的散熱氣流以及更小的PCB面積，而且能消除熱點(diǎn)，從而無需使用散熱片或風(fēng)扇。

LTC4052需要一個(gè)電流受限的墻上適配器，以控制充電電流的大小。它還需配備過流保護(hù)電路，以便在意外使用較高電流或墻上適配器發(fā)生故障時(shí)能提供保護(hù)。LTC4052是一款全集成的脈沖充電器，無需使用外部MOSFET或阻流二極管 (見圖3)。這款獨(dú)立的充電器IC具有C/10檢測、充電狀態(tài)指示、充電結(jié)束定時(shí)器、墻上適配器檢測及過流保護(hù)等功能。LTC4052的輸入電源可以是4.5V到12V，并具有1%的 飄移電壓精度。