快速發(fā)展的電池充電器IC
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多方面的挑戰(zhàn)
鋰離子電池的容量還在不斷地增大。而且，在很多場合中，多節(jié)鋰離子電池要串聯(lián)或并聯(lián)在一起供電。在這種情況下，快速充電能力就成為了衡量充電器IC的重要因素。而充電器IC的充電速度主要由充電電流來決定，所以各家廠商都在盡力加大充電器IC的快充電流。其次，充電器IC的效率也是個(gè)重要問題。特別是在能源緊缺的大環(huán)境下，如何提高充電器的效率就顯得尤為重要了。第三，充電器IC的靈活性。因?yàn)殇囯x子電池的充電過程是非常復(fù)雜的，這就要求充電器IC能有相適應(yīng)的辦法。而且，各種終端設(shè)備的用電情況也不相同，使得充電器要有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。第四，則是充電的安全問題。近兩年內(nèi)，有關(guān)鋰離子電池自燃、爆炸的事故經(jīng)常出現(xiàn)。雖然大多事件跟充電無關(guān)，但充電的過程中這個(gè)危險(xiǎn)也同樣存在。過流或過壓的情況都會(huì)使鋰離子電池的溫度陡然升高，最后燃燒爆炸。所以，安全性問題是絕對(duì)要倍加重視的。最后，充電器的小型化趨勢明顯，這就同時(shí)意味著充電器IC在功能更加豐富的同時(shí)，繼續(xù)縮小自己的尺寸。
活躍的充電器IC市場
雖然挑戰(zhàn)諸多，但充電器IC的市場還是非常誘人的。據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì)，中國去年全年就生產(chǎn)了幾億個(gè)充電器，而這個(gè)數(shù)字在今后還會(huì)繼續(xù)增長。所以，各個(gè)電源芯片廠家紛紛推出各式充電器芯片。在本年內(nèi)，就有多款芯片問世。這其中，有Freescale公司的MC3467x系列，Maxim公司的MAX17005/MAX17006/MAX17015，Linear公司的LTC4061，TI公司的bq24083等。它們除了具備快速充電，高效率和多重防護(hù)能力外，并還有著自己的特點(diǎn)。比如，MC3467x系列就內(nèi)置了寄存器，可以根據(jù)客戶的需求，在生產(chǎn)流程結(jié)束時(shí)對(duì)管腳輸出、功能集和充電參數(shù)、LED指示燈進(jìn)行定制，從而組合成數(shù)百種配置，滿足多種應(yīng)用。圖1是MC3467x的簡明結(jié)構(gòu)。
圖1 MC3467x系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)
精確控制
前面提過，鋰離子電池的充電過程比較復(fù)雜。在充電初期，充電器要以恒定電流充電，直到電池電壓達(dá)到充電電壓限度。該階段一般能完成60%～70%的充電量。然后，電池再以恒定電壓進(jìn)行充電。此恒壓值一般處于4.1～4.2V之間，電壓準(zhǔn)確率要在±1%之內(nèi)。此處就是體現(xiàn)充電器IC功力的地方，優(yōu)秀的充電器IC，其電壓準(zhǔn)確率都很高。以MC3467x系列為例，MC34671和MC34673在-20～+70℃溫度范圍內(nèi)的輸出電壓精度為±0.7%(室溫下為±0.2%)，在-40℃～+85℃溫度范圍內(nèi)的充電電流精度為±5%和±6%。精確的電壓控制使得電池在不受損害的條件下，可以充至最大電量。這樣既延長了電池壽命，又減小了能耗損失。
在恒流和恒壓充電方式之外，鋰離子電池還存在一種充電模式，那就是涓流充電。這種方式存在的原因是存放很長時(shí)間的已放電電池可能處于深放電狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行大電流充電，會(huì)造成一定損害。在這種情況下，在進(jìn)行完全充電過程之前要先來一段時(shí)間的小電流充電。對(duì)于MC3467x系列來說，當(dāng)電池電壓小于涓流模式閾值電壓的時(shí)候，涓流充電模式啟動(dòng)，芯片以恒流充電電流20%的大小來進(jìn)行充電。
對(duì)于充電器IC來說，對(duì)充電過程的控制是最為重要的。以MC3467x系列為例，在最后的恒壓充電過程中，當(dāng)充電電流降至EOC（充電截至）電流的時(shí)候，充電IC會(huì)通過CHG信號(hào)通知用戶電池已充滿，但是充電過程并沒有終止，芯片會(huì)繼續(xù)輸出精確的鋰電池充電終止電壓4.2V，并對(duì)電池電壓繼續(xù)監(jiān)控，當(dāng)其低于再充電電壓閾值時(shí)（負(fù)載電流大于恒流充電電流導(dǎo)致電池放電，電壓下降），充電器會(huì)重新發(fā)出充電信號(hào)，將電池恢復(fù)到滿充狀態(tài)。整個(gè)充電過程如圖2所示。
對(duì)于充電器IC來說，充電電流是可以設(shè)定的。通過調(diào)整外接電阻，就可改變輸出電流。另外，像EOC電流、再充電閾值、涓流充電壓閾值也都是可以設(shè)定的。這樣，就使得充電器IC的適應(yīng)性大為增加。
圖2 充電過程電壓曲線
多重防護(hù)
對(duì)于充電器來說，最容易出現(xiàn)的問題就是錯(cuò)接AC適配器，過高的輸入電壓會(huì)損害充電器。為此，很多充電器都調(diào)高了可接收的輸入電壓。如MC3467x系列，其能接收的輸入電壓就為28V。這樣就使用戶不用擔(dān)心錯(cuò)接AC適配器。
當(dāng)然，防護(hù)的重點(diǎn)還是在充電過程中。首先，要防止充電電壓超過鋰電池額定電壓。其次，要防止恒流充電時(shí)的電流過大。再次，在大電流充電的場合，充電器要有檢測電池溫度的電路及溫升速度(ΔT/Δt)電路，若電池達(dá)到某一設(shè)定溫度或溫升速度時(shí)，會(huì)自動(dòng)終止充電，防止出現(xiàn)不安全情況；為了安全，充電器還設(shè)有充電定時(shí)器，以防止充電時(shí)間過長所帶來的損害。對(duì)于具體的產(chǎn)品來說，像MC3467x系列，其就具有過壓保護(hù)、超時(shí)檢測、充電電流熱過載保護(hù)等功能。并且，這些功能的閾值參數(shù)也可以設(shè)定，極大方便了用戶的調(diào)試和使用。
結(jié)語
充電器IC的發(fā)展趨勢就是精確、安全和小型化。同時(shí)，還有更加多的數(shù)字技術(shù)融入其中。像是I2C接口，已經(jīng)出現(xiàn)在很多芯片其中了。而且，取電方式也從單一的適配器向USB兼容方向發(fā)展。相信隨著微電子技術(shù)以及電池技術(shù)的發(fā)展，充電器IC還會(huì)有更大的發(fā)展空間。
評(píng)論