電池基電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

充電器

　　充電器通常指的是一種將交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電的設(shè)備。充電器在各個(gè)領(lǐng)域用途廣泛，特別是在生活領(lǐng)域被廣泛用于手機(jī)、相機(jī)等等常見(jiàn)電器。充電器是采用電力電子半導(dǎo)體器件，將電壓和頻率固定不變的交流電變換為直流電的一種靜止變流裝置。在以蓄電池為工作電源或備用電源的用電場(chǎng)合，充電器具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　充電器有很多，如鉛酸蓄電池充電器、閥控密封鉛酸蓄電池的測(cè)試與監(jiān)測(cè)、鎘鎳電池充電器、鎳氫電池充電器、鋰離子電池充電器、便攜式電子設(shè)備鋰離子電池充電器、鋰離子電池保護(hù)電路多功能充電器、電動(dòng)車蓄電池充電器、車充等。

　　充電器按能源使用方式分類

　　普通充電器：用普通家庭用電等通過(guò)變壓器提供能源。

　　太陽(yáng)能充電器：利用太陽(yáng)能面板收集太陽(yáng)能

　　無(wú)線充電器：利用電磁耦合等原理

　　手搖充電器：利用人力

　　干電池應(yīng)急充：利用1節(jié)到幾節(jié)干電池，提供應(yīng)急充電，一般大概能提供十幾分鐘的電能。

　　用充電器給電池充電時(shí)，一定要按電池的充電說(shuō)明書(shū)選用合適規(guī)格的充電器，并正確連接。否則會(huì)出現(xiàn)用電器損壞或安全事故，建議選用智能型充電器，因?yàn)槠浔Ｗo(hù)完善。一般不會(huì)出現(xiàn)事故。

　　二次電池的充電和放電能力是用“C”表示，指示安培一小時(shí)（Ah）。實(shí)際的電池能力依賴于C率和溫度。大多數(shù)便攜電池額定為1C。1C放電汲取等于額定能力的電流。

　　可重新充電電池的性能和壽命主要依賴于充電器的質(zhì)量。一種充電器（只用于NiCd）加約0.1C固定充電率。一個(gè)較快的充電器用大約0.3C充電率可耗時(shí)3~6小時(shí)。

　　NiMH電池充電器也適合于NiCd電池，但反之不行。鋰基電池充電器需要更嚴(yán)格的算法和電壓。對(duì)于大多數(shù)鋰電池組，1C以上充電是不可能的，因?yàn)楸Ｗo(hù)電路限制電路限制電池可接受的電流量。

　　Li-ion電池在達(dá)到滿充電時(shí)，每個(gè)電池都具有嚴(yán)格的電壓、電壓容限，而且無(wú)涓流或浮充電。在1C起始電流對(duì)Li-ion電池充電需要3小時(shí)左右。在達(dá)到上限電壓閥值以及電流下降和電平超過(guò)額定充電電流大約30%時(shí)，滿充電會(huì)發(fā)生。增大Li-ion充電電流對(duì)縮短充電時(shí)間會(huì)有點(diǎn)影響。盡管用較高的電流可更快地達(dá)到電壓峰值，但充電耗時(shí)會(huì)比較長(zhǎng)。Li-ion電池不能吸收過(guò)充電，過(guò)充電會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)熱。Li-ion恒流恒壓（CCCV）對(duì)于保證最大能量到電池而不過(guò)壓是重要的。

　　電壓穩(wěn)壓器與電池的匹配

　　電池輸出連接到電壓穩(wěn)壓器IC的輸入，電壓穩(wěn)壓器系統(tǒng)負(fù)載提供穩(wěn)定的電壓。穩(wěn)壓器芯片在電池電壓下降時(shí)能使電池基系統(tǒng)工作正常。

　　有3種電壓穩(wěn)壓IC拓?fù)溆糜陔姵鼗到y(tǒng)：開(kāi)關(guān)模式，低壓降（LDO）和電荷泵。沒(méi)有單個(gè)電壓穩(wěn)壓器IC拓?fù)溥m合所有電池基應(yīng)用。因此，對(duì)具體的應(yīng)用應(yīng)選擇合適的電壓穩(wěn)壓器拓?fù)洹?/P>

　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器

　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC接收dc輸入并用脈寬調(diào)制（PWM）來(lái)控制功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間。然后，整流和濾波開(kāi)關(guān)輸出，從而提供dc 輸出電壓。dc輸出部分與穩(wěn)壓的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，而任何相應(yīng)的誤差信號(hào)導(dǎo)致PWM電路來(lái)保持恒定的輸出電壓。

　　圖1示出通常用于便攜系統(tǒng)電壓穩(wěn)壓的一個(gè)簡(jiǎn)化、隔離開(kāi)關(guān)電源。此電源是隔離的，這是因?yàn)閺妮斎氲捷敵鰺o(wú)直通的dc通路，圖中的變壓器提供隔離。開(kāi)關(guān)電源也可以是非隔離式的，這意味著輸入和輸出間存在直通的通路。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的效率是一個(gè)重要的特性，特別是對(duì)于電池基系統(tǒng)而言更是這樣。對(duì)效率有主要影響的是相關(guān)的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，它的導(dǎo)通電阻、工作電流和開(kāi)關(guān)速度決定效率。

　　影響效率的另一因素是輸出整流器配置。一些電壓穩(wěn)壓器IC采用外部肖特基整流器。應(yīng)由快速開(kāi)關(guān)功率MOSFET構(gòu)成的同步整流器（圖2）替代肖特整流器，這可改善效率。

　　現(xiàn)在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC工作在100KHz~2MHz，這會(huì)產(chǎn)生影響效率的另外因素。穩(wěn)壓器所采用的磁元件（電感器和變壓器 ）在開(kāi)關(guān)頻率必須有最小的功耗。更快的開(kāi)關(guān)頻率考慮采用物理尺寸更小的外部元件，較高的開(kāi)關(guān)頻率可導(dǎo)致