中心議題：

• 以 3 “C”開始實現充電控製
• 電池化學技術的選擇
• 鋰離子/鋰聚合物電池

解決方案：

• 充電器的選擇方案

引言

便攜式電子設備設計人員可以選擇各種各樣的化學技術、chongdianqituopuyijichongdianguanlijiejuefangan。xuanzeyikuanzuiweiheshidejiejuefanganyinggaishiyixianghenjiandandegongzuo，danshizaidaduoshuqingkuangxiazheyiguochengpoweifuza。shejirenyuanxuyaozaixingneng
、成本、外wai形xing尺chi寸cun以yi及ji其qi他ta關guan鍵jian要yao求qiu方fang麵mian找zhao到dao一yi個ge最zui佳jia平ping衡heng點dian。本ben文wen將jiang為wei廣guang大da設she計ji人ren員yuan和he係xi統tong工gong程cheng師shi提ti供gong一yi些xie指zhi導dao和he幫bang助zhu以yi使shi得de該gai選xuan擇ze工gong作zuo變bian得de更geng為wei輕qing鬆song。

以 3 “C”開始實現充電控製

所有使用可充電電池的係統設計人員都需要清楚一些基礎設計技術
，以確保滿足下麵三個關鍵的要求：

1、電池安全性: 毋庸置疑
，終端用戶安全是所有係統設計中最優先考慮的問題。大多數鋰離子 (Li-Ion) 電池組和鋰聚合物 (Li-Pol) 電池組都含有保護電子電路。然而，還有一些係統設計需要考慮的關鍵因素。其中包括但不局限於確保在鋰離子電池充電最後階段期間 ±1% 的穩壓容限
、安全處理深度放電電池的預處理模式、安全計時器以及電池溫度監控。

2、電池容量：所suo有you的de電dian池chi充chong電dian解jie決jue方fang案an都dou要yao確que保bao在zai每mei一yi次ci和he每mei一yi個ge充chong電dian周zhou期qi都dou能neng將jiang電dian池chi容rong量liang充chong至zhi充chong滿man狀zhuang態tai。過guo早zao的de終zhong止zhi充chong電dian會hui導dao致zhi電dian池chi運yun行xing時shi間jian縮suo短duan，這zhe是shi當dang今jin高gao功gong耗hao的de便bian攜xie式shi設she備bei所suo不bu希xi望wang的de。

3、電池使用壽命：遵循建議的充電算法是確保終端用戶實現每個電池組最多充電周期的重要一步。利用電池溫度和電壓限定每一次充電、預處理深度放電電池並避免過晚或非正常充電終止是最大化電池使用壽命所必須的一些步驟。
 

表1：充電控製總結。

 

電池化學技術的選擇

現在係統設計人員可以在多種電池化學技術中進行選擇。設計人員通常會根據下麵的一些標準進行電池化學技術的選擇
，其中包括：

* 能量密度

* 規格和外形尺寸

* 成本

* 使用模式和使用壽命

近年來

，盡管使用鋰離子電池和鋰聚合物電池的趨勢增強
，但是 Ni 電池化學技術仍然是諸多消費類應用一個不錯的選項。

無wu論lun選xuan擇ze何he種zhong電dian池chi化hua學xue技ji術shu
，遵zun循xun每mei一yi種zhong電dian池chi化hua學xue技ji術shu的de正zheng確que充chong電dian管guan理li技ji術shu都dou是shi至zhi關guan重zhong要yao的de。這zhe些xie技ji術shu將jiang確que保bao電dian池chi在zai每mei一yi次ci和he每mei個ge充chong電dian周zhou期qi都dou能neng被bei充chong至zhi最zui大da容rong量liang，而er不bu會hui降jiang低di安an全quan性xing或huo縮suo短duan電dian池chi使shi用yong壽shou命ming。
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NiCd/NIMH

在一個充電周期開始之前，並且盡可能在開始快速充電之前對鎳鎘 (NiCd) 電池和鎳氫 (NiMH) 電池必須要進行檢驗和調節。如果電池電壓或溫度超出了允許的極限是不允許進行快速充電的。出於安全考慮，對所有“熱”電池（一般高於 45℃）的充電工作都會暫時終止，直到電池冷卻到正常工作溫度範圍內才會再次運轉。要想處理一個“冷”電池（一般低於 10℃）或過度放電的電池（每節電池通常低於 1V），需要施加一個溫和的點滴式電流。

當電池溫度和電壓正確時快速充電開始。通常用 1C 或更低的恒定電流對 NiMH 電池進行充電。一些 NiCd 電池可以用高達 4C 的速率進行充電。采用適當的充電終止來避免有害的過充電。

就鎳基可充電電池而言
，快速充電終止基於電壓或溫度。如圖 1 所示，典型的電壓終止方法是峰值電壓探測，在峰值時即每個電池的電壓在 0～-4mV 範圍內，快速充電被終止。基於溫度的快速充電終止方法是觀察電池溫度上升率  來探測完全充電。典型的  率為 1℃/每分鍾。
 

圖1：鎳電池化學技術的充電曲線。

鋰離子/鋰聚合物電池

與 NiCd 電池和 NiMH 電池相類似，在快速充電之前盡可能檢驗並調節鋰離子電池。驗證和處理方法與上述使用的方法相類似。

如圖 2 所示，驗證和預處理之後，先用一個 1C 或更低的電流對鋰離子電池進行充電，直到電池達到其充電電壓極限為止。該充電階段通常會補充高達 70% 的電池容量。然後用一個通常為 4.2V 的恒定電壓對電池進行充電。為將安全性和電池容量
，必須要將充電壓穩定在至少 ±1%。在此充電期間
，電池汲取的充電電流逐漸下降。就 1C 充電率而言，一旦電流電平下降到初始充電電流的 10～15% 以下充電通常就會終止。
 

圖2：鋰離子電池化學技術充電曲線。

開關模式與線性充電拓撲的對比

傳統上來說，手持設備都使用線性充電拓撲。該方法具有諸多優勢：低實施成本、設she計ji簡jian捷jie以yi及ji無wu高gao頻pin開kai關guan的de無wu噪zao聲sheng運yun行xing。但dan是shi，線xian性xing拓tuo撲pu會hui增zeng加jia係xi統tong功gong耗hao，尤you其qi是shi當dang電dian池chi容rong量liang更geng高gao引yin起qi的de充chong電dian率lv增zeng加jia的de時shi候hou。如ru果guo設she計ji人ren員yuan無wu法fa管guan理li設she計ji的de散san熱re問wen題ti，這zhe就jiu會hui成cheng為wei一yi個ge主zhu要yao缺que點dian。

當 PC USB 端口作為電源時
，則會出現其他一些缺點。當今在許多便攜式設計上都具有 USB 充電選項，並且都可提供高達 500mA 的充電率。就線性解決方案而言，由於其效率較低


，可以從 PC USB 傳輸的“電能”量就被大大降低
，從而導致了充電時間過長。

這就是開關模式拓撲有用武之地的原因。開關模式拓撲的主要優勢在於效率的提高。與線性穩壓器不同
，電源開關（或多個開關）在飽和的區域內運行

，其大大降低了總體損耗。降壓轉換器中功率損耗的主要包括開關損耗（在電源開關中）以及濾波電感中的 DC 損耗。根據設計參數的不同，在這些應用中出現效率大大高於 95% 的情況就不足為奇了。

當人們聽到開關模式這個術語時大多數人都會想到大型 IC、大 PowerFET 以及超大型電感! shishishang
，suiranduiyuchulishushianpeidianliudeyingyongeryanqueshishizheyang
，danshiduiyushouchishebeidexinyidaijiejuefanganeryanqingkuangjiubuyiyangle。xinyidaidantililizikaiguanmoshichongdianqicaiyonglezuigaojibiedexinpianjicheng，gaoyu 1MHz 的使用頻率以最小化電感尺寸。圖 1 說明了當今市場上已開始銷售的此類解決方案。該矽芯片的尺寸不到 4mm2，其集成了高側和低側 PowerFET。由於采用了 3MHz 開關頻率
，該解決方案要求一個小型 1μH 電感， 其外形尺寸僅為：2×2.5×1.2mm (WxLxH)。
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充電器的選擇

電池充電器工具使得設計人員選擇正確的充電器的過程更輕鬆。圖 3 是 TI 網站上提供的一種工具的示例。
 

圖3：電池充電器選擇工具。