近年來便攜式設(shè)備的激增突顯了對(duì)小型高效電池和電池充電器的需求。電池技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，鋰離子（Li+）和鋰聚合物現(xiàn)在已成為更受歡迎的電池化學(xué)成分。為了從這種電池中獲得最大性能，設(shè)計(jì)人員一直專注于電池充電器。反過來，充電器與電池技術(shù)保持同步，能夠充分利用電池容量。

對(duì)于尺寸、重量和電池壽命至關(guān)重要的筆記本電腦，標(biāo)準(zhǔn)電池是Li+型。Li+化學(xué)的最新分支使用聚合物，可以將電池模制成復(fù)雜的形狀。鋰聚合物電池在手機(jī)、掌上電腦和其他小型應(yīng)用中也很受歡迎。由于Li+和鋰聚合物化學(xué)成分相似，因此它們的充電方法幾乎相同。方法的區(qū)別主要在于其終止電壓和充電電流。

傳統(tǒng)充電方式

傳統(tǒng)的鋰離子電池充電方法是施加恒流恒壓。當(dāng)電池電壓較低時(shí)，在典型的完全充電周期開始時(shí)施加恒定電流。當(dāng)電池電壓上升到指定限值時(shí)，充電器切換到恒定電壓并繼續(xù)在該模式下，直到充電電流降至接近零。此時(shí)，電池已充滿電。在恒壓階段，由于電池電阻和與電池串聯(lián)的任何電阻之和，電流呈指數(shù)下降（很像通過電阻器為電容器充電）。由于電流呈指數(shù)級(jí)下降，因此完全充滿電需要很長時(shí)間。

在這種方法中，充電電流的極限不必像充電電壓的極限那樣精確。然而，電壓限制至關(guān)重要：更高的電壓使電池能夠存儲(chǔ)更多的能量，但過高的電壓會(huì)損壞電池。因此，典型的Li+充電器施加電壓限制，精度優(yōu)于1%。

即使在恒定的高電流（高于1C，其中C是以安培小時(shí)為單位的電池容量）下充電時(shí)，與整體充電時(shí)間相比，恒流充電時(shí)間也很短。恒壓模式主要由電池的物理特性決定，占用大部分充電時(shí)間。因此，增加充電電流對(duì)總充電時(shí)間影響不大。

線性充電

Li+電池充電的一種方法是使用線性充電器（圖1），其中充電電壓或電流的來源通常是交流適配器（壁立方體）的直流輸出。控制器MAX846A （IC1）驅(qū)動(dòng)外部pnp晶體管產(chǎn)生充電電壓和電流。該電路中的PIC控制器（IC2）通過其PWM輸出控制充電電壓和電流。通過改變充電電壓和電流，該控制器可以適應(yīng)不同的電池類型和化學(xué)成分。?

圖1.開關(guān)模式充電器MAX846A （IC1）和微控制器（IC2）構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立于化學(xué)化學(xué)成分的電池充電器。

在許多系統(tǒng)中，現(xiàn)有控制器上的額外PWM輸出可以對(duì)充電器進(jìn)行編程。如果充電器專用于單個(gè)電池類型，則可以通過使用外部電阻器設(shè)置充電電壓和電流來進(jìn)一步簡(jiǎn)化。Maxim的其他線性充電器包括MAX1501獨(dú)立式多化學(xué)充電器和MAX8856 Li+電池充電器。

線性充電器相對(duì)較小且簡(jiǎn)單，但其功耗是一個(gè)缺點(diǎn)。請(qǐng)考慮以下事項(xiàng)。典型的Li+電池的電壓范圍為2.7V至4.2V。為確保有足夠的輸入電壓將電池充電至4.2V，源電壓必須超過4.5V。因此，具有10%輸出電壓容差的典型廉價(jià)交流壁立方體的輸出范圍必須為4.5V至5.5V。pnp 調(diào)整管的最大耗散發(fā)生在最大輸入電壓和最小電池電壓下。因此，對(duì)于典型的1A±10%充電電流，充電器的功耗可能超過3W。

如果這個(gè)3W耗散在手機(jī)或PDA等小型便攜式設(shè)備中，則產(chǎn)生的溫升可能會(huì)相當(dāng)大。它會(huì)影響設(shè)備電子設(shè)備，并且最終用戶可能不希望這樣做。雖然使用外部電池充電器或擴(kuò)展塢座可以降低器件功耗，但這些選項(xiàng)可能不適用于所有設(shè)計(jì)。在這些情況下，開關(guān)模式充電器將是更合適的選擇。

開關(guān)模式充電

圖2.開關(guān)模式充電器MAX1640在較寬的源電壓、電池電壓和充電電流范圍內(nèi)具有高效率

圖1640中的MAX2使用兩個(gè)外部n溝道MOSFET對(duì)源極電壓進(jìn)行斬波，然后濾波以產(chǎn)生所需的電池充電電流或電壓。這些 MOSFET 調(diào)整元件充當(dāng)開關(guān)。它們要么導(dǎo)通，以很小的壓降傳遞電流，要么關(guān)閉，在沒有電流的情況下降低電壓。這一動(dòng)作大大降低了調(diào)整管的功耗（與線性充電器相比）;功率耗散對(duì)源電壓、電池電壓和充電電流變化的影響很小。

圖2中的電路在90.1A充電電流下效率達(dá)到>5%，在寬源電壓、電池電壓和充電電流范圍內(nèi)功耗更低。有關(guān)充電效率的更多信息，請(qǐng)參見MAX1640數(shù)據(jù)資料。開關(guān)模式充電器在更大尺寸和復(fù)雜性的權(quán)衡下將功耗降至最低。

恒流脈沖充電

Li+電池充電的新方法是恒流脈沖充電，它結(jié)合了線性充電器和開關(guān)模式充電器的優(yōu)點(diǎn)。恒流脈沖充電通過采用限流壁立方體來限制充電電流。壁立方體電流切換到電池進(jìn)行恒流充電。當(dāng)電池電壓上升到電壓限值時(shí)，電流源被打開和關(guān)閉，從而在不超過電池電壓的情況下為電池提供所需的平均電流。

恒流脈沖充電電路的功耗很低，因?yàn)殚_關(guān)要么打開要么關(guān)閉。這類似于開關(guān)模式充電器。然而，電路很簡(jiǎn)單（線性充電器也是如此），因?yàn)椴恍枰敵?a href="http://m.xsypw.cn/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器。它可以在限流模式下消耗更多功率（取決于所使用的壁立方體），但如果不超過最大安全溫度，則對(duì)電池或其負(fù)載幾乎沒有影響。

限流壁式立方體充電器電路中的p溝道MOSFET（圖3）將壁式立方體電流切換至電池。由于MAX1879采用小型μMAX封裝，外部MOSFET封裝可以小至SOT23，因此該電路比開關(guān)充電器電路更小、更簡(jiǎn)單。一個(gè)完整的充電器除了外部 MOSFET 外，只需要三個(gè)電容器。（LED、肖特基和熱敏電阻都是可選組件。?

圖3.Li+充電器MAX1879具有低功耗，但與相同應(yīng)用中的典型線性充電器相比，需要的空間更小

結(jié)論

隨著便攜式設(shè)備的縮小和變得更加復(fù)雜，電池充電電路對(duì)于充分利用電池變得越來越重要。通過降低充電過程中的功耗，進(jìn)而最大限度地減少影響電池的熱量，您可以提高設(shè)備的整體性能并減輕電池壓力。雖然傳統(tǒng)的線性和開關(guān)模式Li+充電器仍有一席之地，但限流脈沖充電器優(yōu)化了便攜式設(shè)備的尺寸和性能。

審核編輯：郭婷