大容量鋰電池的充電(04-100)

　　新型便攜式電子設(shè)計(jì)正在不斷提升系統(tǒng)性能，設(shè)計(jì)人員添加新的特性，系統(tǒng)的功率要求也隨著其性能提高而增長(zhǎng)。這種趨勢(shì)也導(dǎo)致對(duì)容量極大的鋰離子電池組進(jìn)行開(kāi)發(fā)，因?yàn)樗鼈兡芴峁┏浞值南到y(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。對(duì)于大多數(shù)便攜式消費(fèi)類產(chǎn)品而言，鋰離子電池已經(jīng)成為首選電源。它們與其他類型的電池相比有很多優(yōu)越性，如能量密度更高和電池電壓更高。但是，隨著電池可用容量增大以滿足當(dāng)今不斷增長(zhǎng)的功率要求，用戶對(duì)于縮短電池充電時(shí)間及縮小電池體積的要求隨之增加。實(shí)現(xiàn)這些要求成為設(shè)計(jì)人員面臨的重大挑戰(zhàn)。

　　鋰離子或鋰聚合物電池組的最佳充電速率為1C，這意味著一個(gè)1000 mAh的電池組要以1A的電流進(jìn)行快速充電，以這種速率充電可以實(shí)現(xiàn)最短的充電時(shí)間，而且不會(huì)降低電池組的性能及縮短使用壽命。對(duì)于容量不斷增加的電池組，欲達(dá)到這種滿意的充電速率，提高充電電流值是不可避免的。這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)上的一些重大難題，其中最重要的是在充電管理控制器IC內(nèi)以及在系統(tǒng)板上產(chǎn)生的熱量問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，必須進(jìn)行周密細(xì)致的散熱設(shè)計(jì)。下面的分析將表明，在充電管理IC上由集成通路晶體管耗散掉大部分熱量，它在很多情況下都是設(shè)計(jì)性能和運(yùn)行范圍的一個(gè)限定因素。

　　一節(jié)和兩節(jié)鋰電池應(yīng)用中最常用的充電器類型是線性電池充電器，其功耗可以由下式算出：

　　PD=(VDD-VBATTERY)× ICHARGE

　　其中PD：功耗

　　VDD：輸入(適配器)電壓

　　VBATTERY：電池電壓

　　ICHARGE：快速充電電流

　　上面的公式表明，當(dāng)輸入電壓與電池電壓之差以及充電電流都高時(shí)，最糟的情況就會(huì)出現(xiàn)。我們來(lái)計(jì)算一種典型情況下的功耗，這種情況是汽車(chē)適配器或墻上適配器提供5V±10%的供電電壓，電池電壓為3.0V，而快速充電電流是1A(即對(duì)1000 mAh電池以1C的充電速率充電)。在這種情況下功耗為：

　　PD=(5.5V-3.0V)× 1A = 2.5W

　　MCP7384X提供±0.5%的電壓調(diào)節(jié)精度(最大值)。由于電池充電過(guò)度和充電不足都會(huì)降低電池的性能并縮短使用壽命，所以充電管理控制器IC為電池提供高精度的電壓是非常重要的。超過(guò)充電結(jié)束電壓雖然在短期來(lái)說(shuō)能使可用電池能量增加，但是，持續(xù)的過(guò)度充電會(huì)使可用充電次數(shù)明顯減少，或引發(fā)安全問(wèn)題。另一方面，充電不足會(huì)減少電池的可用容量，從而縮短了電池的可用時(shí)間。因此，提供精確調(diào)節(jié)的電壓可充分利用電池容量，而且保證使用的安全性。圖2和圖3表明，只要電壓精度稍有降低，電池容量就會(huì)大大減小。