便攜式儀器需要高性能充電器
近幾年來(lái),電池技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展,其中鋰離子和鋰聚合物電池最為流行。為了使這些電池獲得最佳性能,充電器技術(shù)必須跟上電池技術(shù)的發(fā)展。
筆記本電腦所使用的電池,無(wú)論大小、重量還是壽命都很關(guān)鍵。由于鋰離子和鋰聚合物相似,所以它們的充電方式幾乎相同,主要區(qū)別在于端電壓和充電電流。
鋰離子電池的傳統(tǒng)充電方式是采用恒流和恒壓。當(dāng)電池的電壓較低時(shí),典型的充電周期開(kāi)始是用恒流充電方式。當(dāng)電池電壓上升到指定限度時(shí),充電器轉(zhuǎn)為恒壓充電,該方式一直持續(xù)到充電電流減小為零,這時(shí)電池充電完畢。在恒壓充電階段,電流按指數(shù)規(guī)律下降,該指數(shù)與電池電阻以及和該電池相串連的所有電阻有關(guān)（和通過(guò)一電阻對(duì)電容充電的過(guò)程很類似）。由于充電電流按指數(shù)規(guī)律下降,所以完成充電需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
對(duì)充電電流的限制不必象對(duì)充電電壓那樣準(zhǔn)確。對(duì)電壓的限制非常關(guān)鍵：電池的電壓越高,所儲(chǔ)存的能量就越多。但是,過(guò)高的電壓會(huì)損壞電池。因此,加在普通鋰離子充電器上的電壓,上下浮動(dòng)最好不要超過(guò)1%。
即使當(dāng)以很大的恒流充電（超過(guò)1C,其中C是用Ahrs衡量的電池容量）,由于恒流充電的時(shí)間與整個(gè)充電過(guò)程相比是很短的,因此,增加充電電流對(duì)整體充電時(shí)間幾乎沒(méi)有影響。而主要由電池的物理特性決定的恒壓充電方式,則占用了大部分的充電時(shí)間。
鋰離子電池的一種充電方式就是利用線性充電器(如圖1所示),一般情況下,該充電器的充電電壓或電流來(lái)自于交流適配器的直流輸出�？刂破�(IC1)驅(qū)動(dòng)外部PNP型晶體管以產(chǎn)生充電電壓和充電電流。在該電路中,PIC控制器(IC2)通過(guò)其PWM輸出來(lái)控制充電電流和充電電壓。改變充電電流和電壓,該控制器可以適用于不同類型的電池和化學(xué)物質(zhì)。在很多系統(tǒng)中,控制器上的PWM其它輸出可用來(lái)調(diào)節(jié)充電器。如果充電器僅設(shè)為適合于某一種電池類型,通過(guò)外部電阻調(diào)節(jié)充電電壓和充電電流這一方式,可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化電池的設(shè)計(jì)。
線性充電器相對(duì)較小并且簡(jiǎn)單,但卻具有較高功耗的缺點(diǎn)。如果一個(gè)典型的鋰離子電池的電壓范圍為2.7～4.2V,為確保充足的輸入電壓,使蓄電池的電壓達(dá)到4.2V,則源電壓必須超過(guò)4.5V。因此,一個(gè)典型廉價(jià)的、輸出電壓波動(dòng)為10%的交流適配器,其輸出電壓的范圍必須為4.5～5.5V。在輸入電壓最大和電池電壓最小的時(shí)候,PNP型導(dǎo)通晶體管所產(chǎn)生的損耗最大。對(duì)于一個(gè)典型的波動(dòng)為10%的1A充電電流,充電器的功耗可能超過(guò)3W。
如果這3W功率耗散在一個(gè)小型、便攜式設(shè)備內(nèi),如手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等,則能造成相當(dāng)大的溫度上升。這可能會(huì)給電子設(shè)備、終端用戶帶來(lái)不利的影響�？梢圆捎猛獠砍潆娖骰蛑Ъ軄�(lái)減少功耗,但是這些措施也許不切實(shí)際。在這種情況下,開(kāi)關(guān)模式的充電器提供了有效的解決方法(參見(jiàn)圖2)。
圖2 中的IC采用兩個(gè)外置的N溝道MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)源電壓進(jìn)行斬波,然后將斬波后的電壓進(jìn)行濾波,產(chǎn)生所需要的充電電流或電壓。這些
