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實用電源設計Q&A系列之十二:如何把電池充電器嵌入到小巧的便攜式產品中?
盧志豪 陳曉兵
凌力爾特公司
摘要: 實用電源設計Q&A系列之十二:如何把電池充電器嵌入到小巧的便攜式產品中?
Abstract:
Key words :

Q1:請教專家如何選定對電池的充電電流的設定?脈沖充電與恒流充電有何優越點與不好之處?

A1:充電電流一般要視乎電池容量及預期的充電時間而設定。舉例如1C(500mAhr容量的電池,1C就是500mA了)充電一般會在3小時內完成充電,增加充電電流會將充電時間減短,但減多少則要參考電池供貨商所提供的數據而定。一般來說,0.5-1C充電是比較常用的,而我們很少會把充電電流設定到大于1C,因這樣會減短電池的壽命。

A1:充電電流一般要視乎電池容量及預期的充電時間而設定。舉例如1C(500mAhr容量的電池,1C就是500mA了)充電一般會在3小時內完成充電,增加充電電流會將充電時間減短,但減多少則要參考電池供貨商所提供的數據而定。一般來說,0.5-1C充電是比較常用的,而我們很少會把充電電流設定到大于1C,因這樣會減短電池的壽命。

脈沖充電基本上也是恒流恒壓充電方式,但只是平均值而已。因為每次流到電池的電流(導管導通)是一樣,只是停斷時間(導管關斷)不一樣,透過改變這停斷時間,便可有效地控制/改變平均電流。

因脈沖充電方式是不會(其實是無法)控制導管導通時的電流,外加的限流(Current Limit)是必須的。所以,脈沖充電器要求電源(適配器)有限流功能。這會把熱量消耗在電源上,而不在充電器件本身(線性充電器卻是本身發熱)。固此,在一些功率效大、密封而非常細小的應用中,脈沖充電器就有它的優勢了。

但要求電源(適配器)有限流功能也就是脈沖充電方式的最大缺點,因為只要偶一不慎錯用了沒有限流功能的電源(適配器)便有可能把電源(適配器)甚或電池燒壞。為這緣固,我司的脈沖充電器(LTC1730及LTC4052)都加了過流保護功能,一但錯用了沒有限流功能的電源(適配器)或其它緣固致使充電電流過大,充電器便會馬上停止充電以保護電源及電池。

另外一點要留意,因每次的脈沖電流都是固定并比較大(縱然平均值小),并不是每家電池供貨商認同這種充電方式,怕它會長遠影響電池效能或壽命。但這也只是一部份的觀點而已,我們也有一些客戶在使用脈沖充電器而并未發現任何問題。

Q2:用于設置充電電流的電阻值通常很小(如0.1Ω),如果在布線時無法靠近IC引腳連接(特別是對于SMD封裝的充電IC,電阻本身已經比IC大得多),應如何處理好IC到外置檢流電阻之間的布線?

A2:這要看閣下所用的是那一個供貨商及那一種形式的充電器,我司提供的線性充電器(包括LTC4053, LTC4054, LTC4056, LTC4057)便沒有此煩惱,用來設定充電電流的電阻都是大電阻值的。 

A2:這要看閣下所用的是那一個供貨商及那一種形式的充電器,我司提供的線性充電器(包括LTC4053, LTC4054, LTC4056, LTC4057)便沒有此煩惱,用來設定充電電流的電阻都是大電阻值的。

我估計閣下所提出的小電阻是在開關形充電器(如LTC4006, LTC4007, LTC4008)中的電流測量電阻。對于這些電阻接法,一般我們會利用開爾文感測法(Kelvin Sensing)。比較難以文字形容,但其原則大概如下:

Q3:有一問題請教: CDMA手機為何將充電控制功能轉移到充電器??是否是考慮到發熱或充電部分的開關元件工作時對手機產生干擾?

A3:通常俗稱的充電器實際是和手機配套使用的電源適配器(Adapter)主要提供穩定的直流充電電源。手機產品中主要嵌入線性充電器,不會產生開關噪聲干擾系統。在CDMA手機中也是完全可以嵌入充電器的。

 A3:通常俗稱的充電器實際是和手機配套使用的電源適配器(Adapter)主要提供穩定的直流充電電源。手機產品中主要嵌入線性充電器,不會產生開關噪聲干擾系統。在CDMA手機中也是完全可以嵌入充電器的。

Q4:請問對于電池保護板的測試如何進行?需要什么儀器設備?

A4:對Li-ion二次電池保護板的測試主要針對過充電過放電,充放電電流過大,溫升過高等保護功能的測試,需使用可編程的電壓電流源及一些輔助電路來模擬電池的異常狀態。

 A4:對Li-ion二次電池保護板的測試主要針對過充電過放電,充放電電流過大,溫升過高等保護功能的測試,需使用可編程的電壓電流源及一些輔助電路來模擬電池的異常狀態。

Q5:在我的應用中,需要動態地檢測電池的電壓。而我的系統限制只能提供一個數字io。請問,我如何才能有效的檢測該參量?

A5:由于系統只能提供一個數字i/o,建議配置一個內含A/D轉換器的單片機介于電池和系統之間。

 A5:由于系統只能提供一個數字i/o,建議配置一個內含A/D轉換器的單片機介于電池和系統之間。

Q6:能否具體談談開關型充電器與線性充電器的電路結構有何差別,各自的優點和缺點是什么?兩種充電器的目標應用范圍分別是什么?

A6:對于開關型充電器與線性充電器的電路結構差別以及各自優點和缺點的比較,在前面的問答中已有提及。進一步詳細的論述可參閱有關電源方面的書籍。開關型充電器通常用于輸入電壓與充電電壓的壓差較大,充電電流高或輸入電壓低于充電電壓等場合,線性充電器由于功耗的限制,其應用場合與上述開關型充電器的相反。

 A6:對于開關型充電器與線性充電器的電路結構差別以及各自優點和缺點的比較,在前面的問答中已有提及。進一步詳細的論述可參閱有關電源方面的書籍。開關型充電器通常用于輸入電壓與充電電壓的壓差較大,充電電流高或輸入電壓低于充電電壓等場合,線性充電器由于功耗的限制,其應用場合與上述開關型充電器的相反。

Q7:為了有效的減少體積,采用基于平面變壓器的開關電源電路是否可行?

A7:平面變壓器或電感的技術和工藝已較為成熟,已越來越廣泛地用在高功率密度的開關電源轉換器如通訊電源模塊中。因此在高頻的開關型充電器電路中考慮用平面變壓器/電感以減少體積也是可行的。

 A7:平面變壓器或電感的技術和工藝已較為成熟,已越來越廣泛地用在高功率密度的開關電源轉換器如通訊電源模塊中。因此在高頻的開關型充電器電路中考慮用平面變壓器/電感以減少體積也是可行的。

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