快速發(fā)展的電池充電器IC
多方面的挑戰(zhàn)
鋰離子電池的容量還在不斷地增大。而且,在很多場(chǎng)合中,多節(jié)鋰離子電池要串聯(lián)或并聯(lián)在一起供電。在這種情況下,快速充電能力就成為了衡量充電器IC的重要因素。而充電器IC的充電速度主要由充電電流來決定,所以各家廠商都在盡力加大充電器IC的快充電流。其次,充電器IC的效率也是個(gè)重要問題。特別是在能源緊缺的大環(huán)境下,如何提高充電器的效率就顯得尤為重要了。第三,充電器IC的靈活性。因?yàn)殇囯x子電池的充電過程是非常復(fù)雜的,這就要求充電器IC能有相適應(yīng)的辦法。而且,各種終端設(shè)備的用電情況也不相同,使得充電器要有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。第四,則是充電的安全問題。近兩年內(nèi),有關(guān)鋰離子電池自燃、爆炸的事故經(jīng)常出現(xiàn)。雖然大多事件跟充電無關(guān),但充電的過程中這個(gè)危險(xiǎn)也同樣存在。過流或過壓的情況都會(huì)使鋰離子電池的溫度陡然升高,最后燃燒爆炸。所以,安全性問題是絕對(duì)要倍加重視的。最后,充電器的小型化趨勢(shì)明顯,這就同時(shí)意味著充電器IC在功能更加豐富的同時(shí),繼續(xù)縮小自己的尺寸。
活躍的充電器IC市場(chǎng)
雖然挑戰(zhàn)諸多,但充電器IC的市場(chǎng)還是非常誘人的。據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì),中國(guó)去年全年就生產(chǎn)了幾億個(gè)充電器,而這個(gè)數(shù)字在今后還會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。所以,各個(gè)電源芯片廠家紛紛推出各式充電器芯片。在本年內(nèi),就有多款芯片問世。這其中,有Freescale公司的MC3467x系列,Maxim公司的MAX17005/MAX17006/MAX17015,Linear公司的LTC4061,TI公司的bq24083等。它們除了具備快速充電,高效率和多重防護(hù)能力外,并還有著自己的特點(diǎn)。比如,MC3467x系列就內(nèi)置了寄存器,可以根據(jù)客戶的需求,在生產(chǎn)流程結(jié)束時(shí)對(duì)管腳輸出、功能集和充電參數(shù)、LED指示燈進(jìn)行定制,從而組合成數(shù)百種配置,滿足多種應(yīng)用。圖1是MC3467x的簡(jiǎn)明結(jié)構(gòu)。
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圖1 MC3467x系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)
精確控制
前面提過,鋰離子電池的充電過程比較復(fù)雜。在充電初期,充電器要以恒定電流充電,直到電池電壓達(dá)到充電電壓限度。該階段一般能完成60%~70%的充電量。然后,電池再以恒定電壓進(jìn)行充電。此恒壓值一般處于4.1~4.2V之間,電壓準(zhǔn)確率要在±1%之內(nèi)。此處就是體現(xiàn)充電器IC功力的地方,優(yōu)秀的充電器IC,其電壓準(zhǔn)確率都很高。以MC3467x系列為例,MC34671和MC34673在-20~+70℃溫度范圍內(nèi)的輸出電壓精度為±0.7%(室溫下為±0.2%),在-40℃~+85℃溫度范圍內(nèi)的充電電流精度為±5%和±6%。精確的電壓控制使得電池在不受損害的條件下,可以充至最大電量。這樣既延長(zhǎng)了電池壽命,又減小了能耗損失。
在恒流和恒壓充電方式之外,鋰離子電池還存在一種充電模式,那就是涓流充電。這種方式存在的原因是存放很長(zhǎng)時(shí)間的已放電電池可能處于深放電狀態(tài),對(duì)其進(jìn)行大電流充電,會(huì)造成一定損害。在這種情況下,在進(jìn)行完全充電過程之前要先來一段時(shí)間的小電流充電。對(duì)于MC3467x系列來說,當(dāng)電池電壓小于涓流模式閾值電壓的時(shí)候,涓流充電模式啟動(dòng),芯片以恒流充電電流20%的大小來進(jìn)行充電。
對(duì)于充電器IC來說,對(duì)充電過程的控制是最為重要的。以MC3467x系列為例,在最后的恒壓充電過程中,當(dāng)充電電流降至EOC(充電截至)電流的時(shí)候,充電IC會(huì)通過CHG信號(hào)通知用戶電池已充滿,但是充電過程并沒有終止,芯片會(huì)繼續(xù)輸出精確的鋰電池充電終止電壓4.2V,并對(duì)電池電壓繼續(xù)監(jiān)控,當(dāng)其低于再充電電壓閾值時(shí)(負(fù)載電流大于恒流充電電流導(dǎo)致電池放電,電壓下降),充電器會(huì)重新發(fā)出充電信號(hào),將電池恢復(fù)到滿充狀態(tài)。整個(gè)充電過程如圖2所示。
對(duì)于充電器IC來說,充電電流是可以設(shè)定的。通過調(diào)整外接電阻,就可改變輸出電流。另外,像EOC電流、再充電閾值、涓流充電壓閾值也都是可以設(shè)定的。這樣,就使得充電器IC的適應(yīng)性大為增加。
圖2 充電過程電壓曲線
多重防護(hù)
對(duì)于充電器來說,最容易出現(xiàn)的問題就是錯(cuò)接AC適配器,過高的輸入電壓會(huì)損害充電器。為此,很多充電器都調(diào)高了可接收的輸入電壓。如MC3467x系列,其能接收的輸入電壓就為28V。這樣就使用戶不用擔(dān)心錯(cuò)接AC適配器。
當(dāng)然,防護(hù)的重點(diǎn)還是在充電過程中。首先,要防止充電電壓超過鋰電池額定電壓。其次,要防止恒流充電時(shí)的電流過大。再次,在大電流充電的場(chǎng)合,充電器要有檢測(cè)電池溫度的電路及溫升速度(ΔT/Δt)電路,若電池達(dá)到某一設(shè)定溫度或溫升速度時(shí),會(huì)自動(dòng)終止充電,防止出現(xiàn)不安全情況;為了安全,充電器還設(shè)有充電定時(shí)器,以防止充電時(shí)間過長(zhǎng)所帶來的損害。對(duì)于具體的產(chǎn)品來說,像MC3467x系列,其就具有過壓保護(hù)、超時(shí)檢測(cè)、充電電流熱過載保護(hù)等功能。并且,這些功能的閾值參數(shù)也可以設(shè)定,極大方便了用戶的調(diào)試和使用。
結(jié)語(yǔ)
充電器IC的發(fā)展趨勢(shì)就是精確、安全和小型化。同時(shí),還有更加多的數(shù)字技術(shù)融入其中。像是I2C接口,已經(jīng)出現(xiàn)在很多芯片其中了。而且,取電方式也從單一的適配器向USB兼容方向發(fā)展。相信隨著微電子技術(shù)以及電池技術(shù)的發(fā)展,充電器IC還會(huì)有更大的發(fā)展空間。
評(píng)論