談一談便攜式電子設(shè)備的電池技術(shù)

前語

現(xiàn)在的便攜式電子備中電池技術(shù)包括電量檢測算法、電池充電算法與電池充電技術(shù)等幾個方面。眾所周知,充電式電池化學(xué)反應(yīng)有鎳鎘、鎳氫、鋰離子和鋰聚合物4種程式,作為便攜式電子設(shè)備來說,雖然這4種電池程式各有特點,但從能量密度與安全性視點的打開與實踐可知,?鋰離子電池和鋰聚合物電池的優(yōu)勢己成為小型長工作時間的設(shè)備的志向之選，比如筆記本電腦以及依據(jù)硬盤的PMP等.對便攜式電子備工程師來說，正確選擇與運用好便攜式電子備中電池技術(shù)至關(guān)重要,值此本文將對此作研討,并作運用舉例剖析.

1、關(guān)于細流充電、快速充電和安穩(wěn)充電的電池充電算法

依據(jù)最終運用的能量需求，一個電池組或許包括最多4個鋰離子或鋰聚合物電池芯,其配備可有多種改動，一起帶有一個干流的電源適配器：直接的適配器、USB接口或轎車充電器。除掉電芯數(shù)量、電芯的配備或電源適配器類型上的不同，這些電池組都有相同的充電特性。因此它們的充電算法也相同。鋰離子與鋰聚合物電池最好的充電算法能夠分為3個階段：細流充電、快速充電和安穩(wěn)充電。

*細流充電.用于對深度放電的電芯進行充電。當(dāng)電芯電壓在低于大約2.8V時，用一個安穩(wěn)的0.1C的電流為它充電。
*快速充電.電芯電壓超過細流充電的門檻時，跋涉充電電流進行快速充電?？焖俪潆婋娏鲬?yīng)低于1.0C。
*安穩(wěn)電壓。在快速充電進程中，一旦電芯電壓到達4.2V，安穩(wěn)電壓階段就開端了。這時可通過最小充電電流或定時器或這兩者的聯(lián)合來間斷充電.當(dāng)最小電流低于大約0.07C時，可間斷充電。定時器則要靠一個預(yù)設(shè)的定時器來觸發(fā)間斷。http://www.dghoppt.cn/

高檔的電池充電器一般帶有附加的安全功用。比如，假如電芯溫度超出給定窗口，一般是0℃--45℃，充電就會暫停。除掉某些非常低端的設(shè)備，現(xiàn)在市面上的鋰離子／鋰聚合物電池充電方案都集成或是帶有外置的元件，以便按照充電特性進行充電，這不光是為了取得更佳充電作用，一起也是為了安全。

2、鋰離子/聚合物電池充電方案

鋰離子/聚合物電池的充電方案關(guān)于不同數(shù)量的電芯、電芯配備以及電源類型還是不同的?，F(xiàn)在首要有3種首要的充電方案：線性，Buck(降壓)開關(guān)和SEPIC(升壓與降壓)開關(guān)。

2.1線性方案

當(dāng)充電器輸入電壓大于全布滿電芯加上足夠凈空之后的開路電壓時，最好用線性方案，特別是1.0C快速充電電流不比1A大太多時。比如，MP3播放器一般只需一個電芯，容量從700到1500mAh不等，滿充開路電壓是4.2V。MP3播放機的電源一般是AC／DC適配器或許是USB接口，其輸出是規(guī)矩的5V；這時，線性方案的充電器便是最簡略、最有功率的方案。圖2所示為鋰離子/聚合物電池充電方案線性方案,底子結(jié)構(gòu)和線性電壓規(guī)整器相同。

*線性方案的充電器運用例舉-雙輸入Li+充電器及智能電源選擇器MAX8677A。MAX8677A是雙輸入USB/AC適配器線性充電器，內(nèi)置Smart Power Selector，用于由可充電單節(jié)Li+電池供電的便攜式設(shè)備。該充電器集成了電池和外部電源充電和切換負載所需的悉數(shù)功率開關(guān)，因此無需外部 MOSFET。MAX8677A志向用于便攜式設(shè)備，例如智能手機、PDA、便攜式多媒體播放器、GPS導(dǎo)航設(shè)備、數(shù)碼相機、以及數(shù)碼攝像機。

MAX8677A能夠作業(yè)于獨立的USB和AC適配器電源輸入下或兩個輸入中的任意一個輸入下。當(dāng)聯(lián)接外部電源時，智能電源選擇器容許系統(tǒng)不聯(lián)接電池或能夠與深度放電電池聯(lián)接。智能電源選擇器自動將電池切換到系統(tǒng)負載，運用系統(tǒng)未運用的輸入電源部分為電池充電，充分運用有限的USB和適配器輸入電源。悉數(shù)需求的電流檢測電路，包括集成的功率開關(guān)，均集成于片上。DC輸入電流限最高可調(diào)度至2A，而DC和USB輸入均可支撐100mA、500mA、和USB掛起辦法。充電電流可調(diào)度至高達1.5A，然后支撐 寬規(guī)模的電池容性。MAX8677A的其他特性包括熱調(diào)度、過壓保護、充電情況和缺陷輸出、電源好監(jiān)督、電池?zé)崦?a target="_blank">電阻監(jiān)督、以及充電定時器。MAX8677A選用節(jié)省空間的、熱增強型、4mm×4mm、24引腳的TQFN封裝，規(guī)矩作業(yè)于擴展級溫度規(guī)模(-40～+85℃)。

2.2 Buck(降壓)開關(guān)方案

當(dāng)1.0C充電的電流大于1A，或許輸入電壓比電芯的全布滿開路電壓高很多時，Buck或許降壓方案便是一個更好的選擇。比如，在依據(jù)硬盤的PMP中，一般運用單芯鋰離子電池，全布滿開路電壓是4.2V，容量從1200到2400mAh不等。而現(xiàn)在PMP一般是用轎車套件來充電，它的輸出電壓在9V到16V之間。在輸入電壓和電池電壓之間比較高的電壓差(最小4.8V)會讓線性方案下降功率。這種低功率，加上大于1.2A的1C快速充電電流，會發(fā)生嚴峻的散熱問題。為避免這種情況，就要選用Buck方案。圖3為鋰離子/聚合物電池Buck充電器方案示意圖,底子結(jié)構(gòu)同Buck(降壓)開關(guān)電壓調(diào)度器完全相同。

2.3 SEPIC(升壓與降壓)開關(guān)方案

在某些運用3個甚至4個鋰離子／聚合物電芯串聯(lián)的設(shè)備中，充電器的輸入電壓就不總是大于電池電壓。比如，筆記本電腦運用3芯鋰離子電池組，滿充開路電壓是12．6V(4．2V x3)，容量從1800mAh到3600mAh。輸入電源要么是輸出電壓1 6V的AC／DC適配器，要么是轎車套件，輸出電壓在9V到16V之間。很顯然地，線性和Buck方案都不能為這組電池組充電。這就要用上SEPIC方案，它能在輸出電壓高于電池電壓時作業(yè)，也能在輸出電壓低于電池時作業(yè)。

3、電量檢測算法

許多可攜式產(chǎn)品都運用電壓測量值來估量電池剩馀電量，可是電池電壓與剩馀電量的聯(lián)絡(luò)卻會隨著放電率、溫度和電池老化程度而改動，使這種辦法的過錯率最高可達50％。商場對運用時間更長的產(chǎn)品需求不斷增強，因此系統(tǒng)規(guī)劃人員需求愈加準確的處理方案。運用電量檢測計吧來測量電池充人或耗費的電量，將能夠在很寬的運用電源等級規(guī)模內(nèi)供應(yīng)更準確的電池電量估測。

3.1電量檢測算法運用舉例之一,功用無缺的單＼雙電池便攜式運用電池組規(guī)劃

*電量檢測原理.較好的電量檢測計至少要具有電池電壓、電池組溫度和電流、測量辦法；一個微處理9a；和一套及業(yè)經(jīng)驗證的電量檢測算法。bq2650x及bq27x00是功用無缺的電量檢測計，具有一個測量電壓與溫度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和一個測量電流與充電感測的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。這些電量檢測計還具有一個微處理器，擔(dān)任施行德州儀器的電量檢測算法。這些演算法會補償鋰離子電池的自放電、老化、溫度和放電率等要素。晶片內(nèi)含微處理器為主機系統(tǒng)處理器省下這些核算擔(dān)負.電量檢測計能夠供應(yīng)剩余電量情況等信息，bq27x00系列產(chǎn)品還供應(yīng)剩余可工作時間(Run Time to Empty)主機可隨時向電量檢測計查詢這些信息，再透過LED指示燈或屏幕顯現(xiàn)將電池信息告訴用戶。電量檢測計的運用非常便利，系統(tǒng)處理器僅需求配備12C或HDQ通訊驅(qū)動器即可。

*電池組電路描繪.圖4(a)為可選用具有斷定功用IC的典型的電池組運用電路。依據(jù)所運用電量檢測計IC的不同，電池組至少需求有三到四個外部終端。VCC及BAT引腳會連到電池電壓，以便為，C供電及測量電池電壓。電池接地端聯(lián)接了一個電阻值較小的檢測電阻器，讓電量檢測計的高阻抗SRP及SRN輸入端能夠監(jiān)控感測電阻兩頭的電壓。通過流經(jīng)檢測電阻器的電流可用來判別電池充入或開釋的電量。規(guī)劃人員選擇檢測電阻值時有必要考慮電阻兩頭的電壓不能超過100 mV，過低的電阻值或許會在電流較小時發(fā)生過錯。電路板布局有必要保證從SRP及SRN到檢測電阻器的聯(lián)接要盡或許接近感測電阻端；換言之，它們應(yīng)該是選用Kelvin連線。

HDQ引腳需求外部上拉電阻器，該電阻應(yīng)位于主機或主運用端，這樣電量檢測計才能在電池組與便攜式設(shè)備聯(lián)接斷開時啟用睡覺功用。主張上拉電阻值選用10 kΩ。

*電池組斷定。價格低廉的偽冒電池的問題日益嚴峻，這些電池或許不包括OEM廠商要求的安全保護電路。所以，真品電池組可包括圖4(a)所示的斷定電路。當(dāng)要斷定電池時，主機向含有IC(bq26150，作用是循環(huán)冗余校驗(CRC))的電池組宣布一個問詢值(challenge)，電池組所含的CRC會依據(jù)這個問詢值和，IC中內(nèi)建的CRC多項式核算這個CRC值。CRC是依據(jù)主機的查詢指令與IC中隱秘界說的CRC多項式完畢的，主機也會進行CRC值核算井與電池組的核算結(jié)果比較以確認斷定是否成功。一旦電池通過斷定，bq26150則會宣布指令以保證主機與電量檢測計之間的材料線路通訊正常。當(dāng)電池聯(lián)接間斷或從頭聯(lián)接時，整個斷定進程將重復(fù)一次。

3.2電量檢測算法運用舉例之二,能適用于各種通用電量計的新式IC.

當(dāng)今不少制作廠商可供應(yīng)品種豐盛的電量計IC,，用戶可從中選取適宜的功用器件，以優(yōu)化產(chǎn)品的性價比。運用電量計貯測量的電池參數(shù)，這種分離式架構(gòu)容許用戶在主機內(nèi)定制電量計量算法．然后省去電池組內(nèi)嵌處理器的本錢。值此以Dallase semicconductor公司名為例的DS2762芯片作典型剖析. 一新式分離式電量計IC.

*DS2762運用特征

DS2762是一款單節(jié)鋰電池電量計與保護電路，集成于一片細微的2.46mm× 2.74mm倒裝片封裝。因為內(nèi)部集成了用于電量檢測的高精密電阻，該款器件非常節(jié)省空間。它所具有的小標準和無與倫比的高集成度，關(guān)于移動電話電池組及其它類似的手持產(chǎn)品，如PDA等，都非常志向。集成的保護電路連續(xù)地監(jiān)督電池的過壓、欠壓和過流缺陷(充電或放電期間)。不同于獨立的保護IC，DS2762容許主處理器監(jiān)督/控制保護FET的導(dǎo)通情況，這樣，能夠通過DS2762的保護電路完畢系統(tǒng)電源控制。DS2762也能夠充電一個已深度耗費的電池，當(dāng)電池電壓不足3V時，供應(yīng)一條束縛電流的康復(fù)充電途徑。

DS2762能夠準確監(jiān)督電池電流、電壓和溫度，其動態(tài)規(guī)模與分辨率滿足任何通行的移動通訊產(chǎn)品的檢驗標準。測得的電流對內(nèi)部發(fā)生的時基進行積分，完畢電量計量。通過實時、連續(xù)的自動失調(diào)糾正，電量計量的精度得以跋涉。內(nèi)置的檢測電阻消除了因制作工藝和溫度而造成的電阻改動，進一步跋涉了電量計的精度。重要數(shù)據(jù)保存于32字節(jié)、可加鎖的EEPROM；16字節(jié)的SRAM用于保存動態(tài)數(shù)據(jù)。與DS2762的悉數(shù)通訊均通過1-Wire、多節(jié)點通訊接口進行，最大極限減少了電池組與主機的連線。其首要特征為；單節(jié)鋰電池保護器；高精度電流(電量計量)、電壓和溫度測量；可選的集成25mΩ檢測電阻，每個DS2762通過獨自微調(diào)；0V電池康復(fù)充電；32字節(jié)可加鎖EEPROM，16字節(jié)SRAM，64位ROM；

1-Wire，多節(jié)點，數(shù)字通訊接口；支撐多電池組電源辦理，并通過保護FET完畢系統(tǒng)電源控制；休眠辦法下電源電流僅2?A(最大);作業(yè)辦法下電源電流為90?A(最大);2.46mm×2.74mm倒裝片封裝或16引腳下SSOP封裝，兩者均可選擇帶或不帶檢測電阻;復(fù)具有備有點評板.

4、定論

運用好便攜式電子備的電池技術(shù)是選擇鋰離子電池和鋰聚合物電池及其充電器的根底.之于怎么正確選擇,還有必要視便攜式電子備的具體要求而定。

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