跟著手持設備事務的不斷發展，對電池充電器的要求也不斷添加。要為完成這項作業而挑選正確的集成電路 (IC)，咱們有必要權衡幾個要素。在開端規劃曾經，咱們有必要考慮比方解決方案規范、USB規范、充電速率和本錢等要素。有必要將這些要素依照重要程度順次擺放，然后挑選相應的充電器IC。本文中，咱們將介紹不同的充電拓撲結構，并研討電池充電器IC的一些特性。此外，咱們還將探討一個運用和現有的解決方案。
鋰離子電池充電周期
鋰離子電池要求專門的充電周期，以完成安全充電并最大化電池運用時間。電池充電分兩個階段：安穩電流 (CC) 和安穩電壓 (CV)。電池位于徹底充溢電壓以下時，電流經過穩壓進入電池。在CC辦法下，電流經過穩壓達到兩個值之一。假定電池電壓非常低，則充電電流下降至預充電電平，以習慣電池并避免電池損壞。該閾值因電池化學特點而不同，一般取決于電池制造廠商。一旦電池電壓升至預充電閾值以上，充電便升至快速充電電流電平。典型電池的最大建議快速充電電流為1C(C=1 小時內耗盡電池所需的電流)，但該電流也取決地電池制造廠商。典型充電電流為~0.8C，目的是最大化電池運用時間。對電池充電時，電壓上升。一旦電池電壓升至穩壓電壓(一般為4.2V)，充電電流逐步減少，一同對電池電壓進行穩壓以避免過充電。在這種辦法下，電池充電時電流逐步減少，一同電池阻抗下降。假定電流降至預訂電平(一般為快速充電電流的10%)，則終止充電。咱們一般不對電池浮充電，因為這樣會縮短電池運用壽數。圖1 以圖形辦法闡清楚典型的充電周期。
線性解決方案與開關辦法解決方案比照
將適配器電壓轉降為電池電壓并控制不同充電階段的拓撲結構有兩種：線性穩壓器和電感開關。這兩種拓撲結構在體積、功率、解決方案本錢和電磁干擾 (EMI) 輻射方面各有優缺陷。咱們下面介紹這兩種拓撲結構的各種利益和一些折中辦法。
一般來說，電感開關是取得最高功率的最佳挑選。運用電阻器等檢測組件，在輸出端檢測充電電流。充電器在CC 辦法下時，電流反響電路控制占空比。電池電壓檢測反響電路控制CV 辦法下的占空比。依據特性集的不同，可能會呈現其他一些控制環路。咱們將在后面詳細評論這些環路。電感開關電路要求開關組件、整流器、電感和輸入及輸出電容器。就許多運用而言，經過挑選一種將開關組件和整流器都嵌入到IC 中的器材，能夠縮小解決方案的規范。依據不同的負載，這些電路的典型功率為80% 到96%。開關轉換器因其電感規范一般會要求更多的空間，一同也更加名貴。開關轉換器還會引起電感EMI 輻射，以及開關帶來的輸出端噪聲。
線性充電器經過下降旁路組件的輸入電壓，下降DC 電壓。這樣做的好處是解決方案只要求三個組件：旁路組件和輸入/輸出電容。比較電感開關，線性壓降穩壓器 (LDO) 一般為一款低本錢的解決方案，且噪聲更低。經過穩壓旁路組件的電阻來束縛進入電池的電流，然后對充電電流進行控制。電流反響一般來自充電器IC 的輸入。對電池電壓進行檢測，以供給CV 反響。改動旁路組件的電阻，來保持進入IC 輸入端的安穩電流或許安穩電池電壓。器材的輸入電流等于負載電流。這就是說解決方案的功率等于輸出電壓與輸入電壓的比。LDO 解決方案的缺陷是高輸入輸出電壓比時(即低電量情況)功率較低。全部功率都被旁路組件消耗，其意味著LDO 并非那些輸入輸出差較大的高充電電流運用的抱負挑選。這些高功耗運用要求散熱，然后添加了解決方案的規范。
功耗及溫升核算
其間，η為充電器的功率，而POUT = VOUT × IOUT。運用熱阻，能夠核算得到功耗帶來的溫升。每種運用的熱阻都不同，其取決于電路板布局、氣流和封裝等具體參數。咱們應該針對終端運用電路板對熱阻建模。請記住，產品闡明書中定義的ΘJA 并非這種運用中熱阻的恰當表明辦法。
應該運用什么樣的拓撲？
您需要研討的第一個參數是充電電流。關于一些小型運用來說，例如：充電電流介于25Ma 到150mA 之間的藍牙TM耳機等，最佳解決方案簡直都是線性充電器。這些運用一般都具有非常小的體積，無法為開關的更多組件供給額外空間。別的，因為其非常低的功耗要求，功耗帶來的溫升能夠忽略不計。關于手機運用來說，充電電流一般在350-700mA 規劃以內。在這種規劃中，很多時分線性解決方案依然非常有用。因為它們一般都為低本錢手機，其本錢壓力更大，因而線性充電器便成為一種抱負的解決方案。智能手機運用的電池體積較大，且充電電流需求大于1.5A，這時運用開關解決方案則更加合理。1.5A 電流條件下，溫升會非常大。例如，運用一個線性充電器經過5V 適配器對一塊3.6V 電池充電時，功率為72%。首要，這個功率聽起來如同不太壞。假定您從功耗的視點來看它，這種運用要消耗約2W。在一個熱阻 (ΘJA) 為40°C/W 的運用中，芯片溫度上升80°C。在40°C 環境溫度下，電路板溫度會上升至120°C，其對手持設備來說是不可接受的。在極低電池電壓(即3 V)下，這一問題甚至會變得極點嚴峻。相同3V 條件下，溫度升至120°C。讓咱們來看相同條件下的開關解決方案，運用一個單體電池IC 充電器時，功率上升至約85%。運用一塊3.6V 電池時，功耗低于1W，然后帶來40°C 的溫升。3V 時這種改進更加顯著。假定3V 輸出時的功率為80%，則功耗低于800 mW，因而溫升會更低(約32°C)。這些智能手機的體積一般能夠容許稍大一點的解決方案，而且能夠接受開關辦法解決方案相關的稍稍本錢添加。 |
