新聞中心

EEPW首頁 > 電源與新能源 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 如何應(yīng)用開關(guān)PowerPath管理器來提高鋰離子電池充電速度

如何應(yīng)用開關(guān)PowerPath管理器來提高鋰離子電池充電速度

作者: 時(shí)間:2013-04-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  手持式產(chǎn)品設(shè)計(jì)師爭(zhēng)先恐后地在外形日趨小巧的設(shè)備之中集成盡可能多的“時(shí)尚”功能。屏幕大而明亮的彩色顯示器、Wi-Fi、WiMax、藍(lán)牙、 GPS、照相機(jī)、手機(jī)、觸摸屏、電影播放器、音樂播放器和收音機(jī)等等,只不過是當(dāng)今電池供電型便攜式設(shè)備眾多常見功能當(dāng)中的一小部分。在這么狹小的空間里集成如此之多的功能所面臨的一大問題是:這種“時(shí)尚”產(chǎn)品在使用過程中必須保持“低溫”狀態(tài)。在手持式設(shè)備中,最大限度地降低散逸熱是需要優(yōu)先考慮的因素,而電池充電器是一個(gè)重要的發(fā)熱源。

  多年來,手持式設(shè)備的一個(gè)組件幾乎一成不變,那就是鋰離子電池。盡管當(dāng)今電池的容量已經(jīng)從幾百毫安時(shí) (mAh) 增加至幾安時(shí) (Ah),以適應(yīng)現(xiàn)代便攜式產(chǎn)品不斷擴(kuò)充的功能組,但基本的鋰離子電池技術(shù)卻并未發(fā)生什么變化。鋰離子電池為什么能夠經(jīng)久不衰?無可比擬的能量密度 (無論是從質(zhì)量還是體積來衡量都是如此)、高電壓、低自放電、寬可用溫度范圍、無記憶效應(yīng)、無電池反向、無電池平衡以及對(duì)環(huán)境的輕微影響等,所有這些使得鋰離子電池成為高性能便攜式產(chǎn)品的優(yōu)選電源。

  然而,給如今的大型電池充電卻絕非小事一樁。為了能夠在合理的時(shí)間內(nèi)完成其充電,應(yīng)當(dāng)以一個(gè)與其容量相稱的速率、并采用一種特殊的算法來執(zhí)行充電操作。例如:若想在大約一個(gè)小時(shí)的時(shí)間里完成一個(gè)1Ah電池的滿充電,則需1A的充電電流。如果希望采用USB供電型充電,那么將只有500mA的可用電流,從而導(dǎo)致充電時(shí)間延長(zhǎng)一倍 (達(dá)2小時(shí))。

  采用較高充電電流的另一個(gè)問題是會(huì)在充電過程中產(chǎn)生額外的熱損耗。由于這些設(shè)備的充電功率通常取自一個(gè)5V電源 (例如:一個(gè)USB端口或5V墻上適配器),因此,功率損耗會(huì)相當(dāng)大。假設(shè)一個(gè)狀況良好的鋰離子電池于充電過程中在其3.7V的“理想電壓”條件下度過了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,那么使用線性充電元件時(shí)的效率最高可達(dá)3.7V/5V (即74%)。當(dāng)電池電壓低于3.7V時(shí),功率損耗的情況將更加嚴(yán)重。即使在4.2V的最大浮動(dòng)電壓條件下 (此時(shí),電池度過了大約1/3的充電時(shí)間),充電效率也不可能優(yōu)于84%。

  對(duì)于一個(gè)采用“1C”速率進(jìn)行充電的1Ah電池,我們可以預(yù)計(jì):當(dāng)在充電周期的最長(zhǎng)時(shí)段中向電池輸送3.7W功率時(shí),損失的功率將達(dá)1.3W左右。然而,需要注意的是,當(dāng)電池把能量?jī)?chǔ)存起來以備日后使用的時(shí)候,輸送至電池的能量并未引起任何顯著的溫升。這就意味著:充電過程中的主要發(fā)熱源是由充電器自身所產(chǎn)生的。牢記這一點(diǎn)后,在某種給定的功率級(jí)上改用開關(guān)電池充電器將具有實(shí)際意義,這可改善充電效率、減少充電器發(fā)熱量并縮短充電時(shí)間。

  LTC4088和LTC4098都是由凌力爾特公司推出的單節(jié)鋰離子電池充電器產(chǎn)品實(shí)例,它們不僅提供了開關(guān)電池充電器的高效率,而且還采用了技術(shù)。控制是一種運(yùn)用第三個(gè)節(jié)點(diǎn) (即:中間節(jié)點(diǎn)) 的方法,旨在實(shí)現(xiàn)“即時(shí)接通型”操作 (當(dāng)電池電壓低于系統(tǒng)切斷電壓時(shí),能夠向系統(tǒng)供電)。只有像LTC4088和LTC4098這樣的產(chǎn)品運(yùn)用一種獨(dú)特的方式將降壓型DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓器與線性電池充電器組合起來,從而確保了至系統(tǒng)負(fù)載和電池的高效功率輸送。在深入研究這些器件之前,我們先了解一下過去的做法。

  如何應(yīng)用開關(guān)PowerPath管理器來提高鋰離子電池充電速度

  圖1:采用一種開關(guān)管理器/電池充電器來縮短電池充電時(shí)間并使手持式設(shè)備在工作時(shí)保持低溫狀態(tài)

  傳統(tǒng)方法:線性PowerPath

  中間節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并不是新東西。圖2給出了線性PowerPath拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。在該架構(gòu)中,一個(gè)電流限制開關(guān)從一個(gè)輸入連接器向外部負(fù)載和線性電池充電器輸送功率。線性電池充電器隨后從中間節(jié)點(diǎn)向電池供電。

  如何應(yīng)用開關(guān)PowerPath管理器來提高鋰離子電池充電速度

  圖2:具重大固有效率局限性的傳統(tǒng)線性PowerPath方框圖

  如果負(fù)載電流遠(yuǎn)低于輸入電流限值 (以允許把一些電流轉(zhuǎn)用于電池充電),則VOUT上的電壓將幾乎等于輸入電源電壓 (我們假設(shè)它為5V)。在這種場(chǎng)合中,從VIN至VOUT的路徑具有極高的效率,原因是在傳輸元件的兩端上沒有產(chǎn)生顯著的電壓降。不過,需要指出的是:VOUT (約5V) 和VBAT (比如:3.5V) 之間的電壓降意味著線性充電器的運(yùn)行效率偏低。因此,送往負(fù)載的功率能夠及時(shí)有效地到達(dá),而送往電


上一頁 1 2 3 4 下一頁

關(guān)鍵詞: PowerPath 鋰電池

評(píng)論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉