電池與充電管理：選擇與權衡因素

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并調節鋰離子電池。驗證和處理方法與上述使用的方法相類似。

如圖 2 所示，驗證和預處理之后，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。然后用一個通常為 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、設計簡捷以及無高頻開關的無噪聲運行。但是，線性拓撲會增加系統功耗，尤其是當電池容量更高引起的充電率增加的時候。如果設計人員無法管理設計的散熱問題，這就會成為一個主要缺點。

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，并且都可提供高達 500mA 的充電率。就線性解決方案而言，由于其效率較低，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于效率的提高。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于 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! 事實上，雖然對于處理數十安培電流的應用而言確實是這樣，但是對于手持設備的新一代解決方案而言情況就不一樣了。新一代單體鋰離子開關模式充電器采用了最高級別的芯片集成，高于 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。該硅芯片的尺寸不到 4 mm2，其集成了高側和低側 PowerFET。由于采用了 3MHz 開關頻率，該解決方案要求一個小型 1uH 電感， 其外形尺寸僅為：2mm x 2.5mm x 1.2mm (WxLxH)。

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松。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

參考文獻

如欲了解電池充電選擇工具的更多詳情，敬請訪問：www.ti.com/batterychargerselector-ca。
如欲了解 TI 本解決方案和其他電源解決方案的更多詳情，敬請訪問： www.ti.com/power-ca。

作者簡介

Masoud Beheshti 現任 TI 電池充電管理總監。他從事電源和電池管理領域的設計、產品定義、戰略營銷和業務管理工作超過 19 年之久。Masoud 畢業于瑞爾森大學 (Ryerson University, Toronto, Canada)，獲電子工程理學士學位，后又畢業于南衛理公會大學(達拉斯) (Southern Methodist University, Dallas, Texas)，獲金融與營銷 MBA。