兆赫同步開關(guān)電池充電器的應(yīng)用

隨著器件集成度的提高和尺寸的縮減，手機、pda 及便攜 dvd 播放器等便攜設(shè)備的市場需求增長迅猛。電池功率密度的提高成為技術(shù)進步的瓶頸，而鋰離子電池在該方面的優(yōu)勢使其得到廣泛應(yīng)用。為了延長系統(tǒng)運行時間并降低器件尺寸，系統(tǒng)設(shè)計人員開始意識到利用高級電路拓撲提高系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換遠不能解決問題。電池充電已成為提高電池容量并延長使用壽命的重要方案。線性電池充電器成本合理、尺寸小，適用于低容量電池充電應(yīng)用。但線性電池充電器由于功耗較高，已不能充分滿足充電需求。本文主要介紹兆赫同步開關(guān)電池充電器以及有效充電并延長電池使用壽命的設(shè)計考慮事項。

鋰離子電池充電
大部分專用鋰離子充電集成電路 (ic) 都是通過圖1所示的方式充電。鋰離子電池的充電過程由三個階段組成：預(yù)充電、恒流 (cc) 快速充電以及恒壓 (cv) 終端 (termination)。在預(yù)充電階段，以低速率（一般是快速充電率的 1/10）對電池充電，這時的電池電壓低于 3.0v。這樣可以實現(xiàn)對鈍化層的恢復(fù) - 鈍化層在深度放電狀態(tài)下存儲時間過長會分解。另外，還可以在發(fā)生陽極短路的過充電電池出現(xiàn)部分銅分解的情況下防止 1c 充電過熱。在電池電壓達到 3.0v 時，電池充電器進入 cc 階段。

快速充電電流應(yīng)當限制在 1c 速率（0.7c 速率），以防止過熱以及因而造成的加速降質(zhì)。不過，為高功率容量設(shè)計的電池可以容許更高的充電率。應(yīng)當合理選擇充電率，使電池溫度在充電結(jié)束時不超過 50 c。電池以快速充電率充電，直到達到穩(wěn)壓極限（一般是 4.2v/電池，不過碳素 (coke-based) 陽極鋰離子電池為 4.1v）。然后，在充電電流以指數(shù)方式降低到預(yù)定義終端電平時，電池充電器開始調(diào)節(jié)電池電壓并且進入 cv 階段。輸出穩(wěn)壓精度是提高電池容量和延長使用壽命的關(guān)鍵。較低的穩(wěn)壓精度會造成電池充電不足，進而造成電池容量大幅降低。充電不足 1％ 電壓時，電池即損失大約 8％ 的容量。較低的電池穩(wěn)壓精度也會造成電池過充電，從而縮短電池使用壽命。為了安全地對鋰離子電池充電，僅允許環(huán)境溫度在 0～45 c 之間。在更低溫度時充電會形成金屬鋰，從而提高電池阻抗并造成電池降質(zhì)。在更高溫度時充電會由于鋰電解反應(yīng)而造成加速降質(zhì)。

低成本獨立線性電池充電器

許多ic 制造商通過開發(fā)用于低功耗便攜設(shè)備的低成本線性電池充電器來滿足市場對更精確和更安全充電的需求。圖 2 就是一種采用更少外部組件的低成本獨立線性電池充電器電路結(jié)構(gòu)圖。