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便攜式電子設備中電池技術的正確選擇和應用

作者:admin????來源:未知????發布時間:2022-01-13 09:32????瀏覽量:
現在的便攜式電子設備中電池技能包含電量檢測算法、電池充電算法與電池充電技能等幾個方面。眾所周知,充電式電池化學反應有鎳鎘、鎳氫、鋰離子和鋰聚合物4種程式,作為便攜式電子設備來說,雖然這4種電池程式各有特色,但從能量密度與安全性視點的開展與實踐可知,鋰離子電池鋰聚合物電池的優勢己成為小型長運轉時刻的設備的抱負之選,比方筆記本電腦以及基于硬盤的pMp等。對便攜式電子設備工程師來說,正確挑選與運用好便攜式電子設備中電池技能至關重要,值此本文將對此作研討,并作運用舉例剖析。

1、有關細流充電、快速充電和穩定充電的電池充電算法
依據最終運用的能量需求,一個電池組或許包含最多4個鋰離子或鋰聚合物電池芯,其裝備可有多種改變,一起帶有一個干流的電源適配器:直接的適配器、USB接口或轎車充電器。除掉電芯數量、電芯的裝備或電源適配器類型上的不同,這些電池組都有相同的充電特性。因而它們的充電算法也相同。鋰離子與鋰聚合物電池最好的充電算法能夠分為3個階段:細流充電、快速充電和穩定充電。

1.1細流充電
用于對深度放電的電芯進行充電。當電芯電壓在低于大約2.8V時,用一個穩定的0.1C的電流為它充電。

1.2快速充電
電芯電壓超越細流充電的門檻時,提高充電電流進行快速充電??焖俪潆婋娏鲬陀?.0C。

1.3穩定電壓
在快速充電過程中,一旦電芯電壓到達4.2V,穩定電壓階段就開端了。這時可經過最小充電電流或準時器或這兩者的聯合來中止充電。當最小電流低于大約0.07C時,可中止充電。準時器則要靠一個預設的準時器來觸發中止。
高級的電池充電器一般帶有附加的安全功用。比方,假設電芯溫度超出給定窗口,一般是0℃--45℃,充電就會暫停。
除掉某些十分低端的設備,現在市面上的鋰離子/鋰聚合物電池充電辦法都集成或是帶有外置的元件,以便依照充電特性進行充電,這不光是為了取得更佳充電效果,一起也是為了安全。

1.4鋰離子/聚合物電池的充電算運用舉例-雙輸入1.2A鋰離子電池充電器LTC4097
LTC4097可用于溝通適配器或USB電源為單節鋰離子/聚合物電池充電。圖1為雙輸入1.2A鋰離子電池充電器LTC4097示意圖。它選用穩定電流/穩定電壓算法充電,從溝通適配器電源充電時,可編程充電電流高達1.2A,而用USB電源則可高達1A,一起主動檢測在每個輸入端是否存在電壓。該器材還供給USB限流。運用包含pDA、Mp3播放器、數碼相機、輕型便攜式醫療和測試設備以及大彩屏蜂窩電話。其性能特色:無需外部微操控器終止充電;輸入電源主動檢測和挑選;經過電阻從溝通適配器輸入充電的可編程充電電流高達1.2A;經過電阻的可編程USB充電電流高達1A;100%或20%USB充電電流設置;輸入電源存在輸出和NTC偏置(VNTC)引腳具120mA驅動能力;NTC熱敏電阻輸入(NTC)引腳用于溫度合格的充電;預設置電池浮動電壓具±0.6%的準確度;熱調理最大極限地提高充電速率且無過熱風LTC4097可用于溝通適配器或USB電源為單節鋰離子/聚合物電池充電。其選用穩定電流/穩定電壓算法充電,從溝通適配器電源充電時,可編程充電電流高達1.2A,而用USB電源則可高達1A,一起主動檢測在每個輸入端是否存在電壓。該器材還供給USB限流。運用包含pDA、Mp3播放器、數碼相機、輕型便攜式醫療和測試設備以及大彩屏蜂窩電話。

2、鋰離子/聚合物電池充電辦法
鋰離子/聚合物電池的充電辦法關于不同數量的電芯、電芯裝備以及電源類型仍是不同的?,F在重要有3種重要的充電辦法:線性,Buck(降壓)開關和SEpIC(升壓與降壓)開關。

2.1線性辦法
當充電器輸入電壓大于全充溢電芯加上足夠凈空之后的開路電壓時,最好用線性辦法,特別是1.0C快速充電電流不比1A大太多時。比方,Mp3播放器一般只有一個電芯,容量從700到1500mAh不等,滿充開路電壓是4.2V。Mp3播放機的電源一般是AC/DC適配器或者是USB接口,其輸出是規矩的5V;這時,線性辦法的充電器便是最簡略、最有功率的辦法。圖2所示為鋰離子/聚合物電池充電辦法線性辦法,基本結構和線性電壓規整器相同。

線性辦法的充電器運用例舉-雙輸入Li+充電器及智能電源挑選器MAX8677AMAX8677A是雙輸入USB/AC適配器線性充電器,內置SmartpowerSelector,用于由可充電單節Li+電池供電的便攜式設備。該充電器集成了電池和外部電源充電和切換負載所需的全部功率開關,因而無需外部MOSFET。MAX8677A抱負用于便攜式設備,例如智能手機、pDA、便攜式多媒體播放器、GpS導航設備、數碼相機、以及數碼攝像機。

MAX8677A能夠作業于獨立的USB和AC適配器電源輸入下或兩個輸入中的恣意一個輸入下。當銜接外部電源時,智能電源挑選器答應體系不銜接電池或能夠與深度放電電池銜接。智能電源挑選器主動將電池切換到體系負載,運用體系未運用的輸入電源部分為電池充電,充分運用有限的USB和適配器輸入電源。一切要的電流檢測電路,包含集成的功率開關,均集成于片上。DC輸入電流限最高可調理至2A,而DC和USB輸入均可支撐100mA、500mA和USB掛起形式。充電電流可調理至高達1.5A,從而支撐寬規模的電池容性。MAX8677A的其他特性包含熱調理、過壓維護、充電狀況和毛病輸出、電源好監督、電池熱敏電阻監督、以及充電準時器。MAX8677A選用節約空間的、熱增強型、4mm×4mm、24引腳的TQFN封裝,規定作業于擴展級溫度規模(-40~+85℃)。

2.2Buck(降壓)開關辦法

當1.0C充電的電流大于1A,或者輸入電壓比電芯的全充溢開路電壓高許多時,Buck或者降壓辦法便是一個更好的挑選。比方,在基于硬盤的pMp中,一般運用單芯鋰離子電池,全充溢開路電壓是4.2V,容量從1200到2400mAh不等。而現在pMp一般是用轎車套件來充電,它的輸出電壓在9V到16V之間。在輸入電壓和電池電壓之間比較高的電壓差(最小4.8V)會讓線性辦法下降功率。這種低功率,加上大于1.2A的1C快速充電電流,會呈現嚴峻的散熱問題。為避免這種狀況,就要選用Buck辦法。圖3為鋰離子/聚合物電池Buck充電器辦法示意圖,基本結構同Buck(降壓)開關電壓調理器完全相同。

2.3SEpIC(升壓與降壓)開關辦法

在某些運用3個乃至4個鋰離子/聚合物電芯串聯的設備中,充電器的輸入電壓就不總是大于電池電壓。比方,筆記本電腦運用3芯鋰離子電池組,滿充開路電壓是12.6V(4.2Vx3),容量從1800mAh到3600mAh。輸入電源要么是輸出電壓16V的AC/DC適配器,要么是轎車套件,輸出電壓在9V到16V之間。很顯然地,線性和Buck辦法都不能為這組電池組充電。這就要用上SEpIC辦法,它能在輸出電壓高于電池電壓時作業,也能在輸出電壓低于電池時作業。

3、電量檢測算法
許多可攜式產品都運用電壓丈量值來估量電池剩馀電量,可是電池電壓與剩馀電量的關系卻會隨著放電率、溫度和電池老化程度而改變,使這種辦法的差錯率最高可達50%。商場對運用時刻更長的產品需求不斷增強,因而體系規劃人員要更加準確的解決辦法。運用電量檢測計吧來丈量電池充人或耗費的電量,將能夠在很寬的運用電源級別規模內供給更準確的電池電量估測。

3.1電量檢測算法運用舉例之一,功用完好的單/雙電池便攜式運用電池組規劃

3.11電量檢測原理

較好的電量檢測計至少要具有電池電壓、電池組溫度和電流、丈量辦法;一個微處理9a;和一套及業相關經驗證的電量檢測算法。bq2650x及bq27x00是功用完好的電量檢測計,具有一個丈量電壓與溫度的模數轉換器(ADC)和一個丈量電流與充電感測的模數轉換器。這些電量檢測計還具有一個微處理器,負責執行德州儀器的電量檢測算法。這些演算法會補償鋰離子電池的自放電、老化、溫度和放電率等要素。晶片內含微處理器為主機體系處理器省下這些核算擔負。電量檢測計能夠供給剩下電量狀況等信息,bq27x00系列產品還供給剩下可運轉時刻(RunTImetoEmpty)主機可隨時向電量檢測計查詢這些信息,再透過LED指示燈或屏幕顯示將電池信息告訴用戶。電量檢測計的運用十分便利,體系處理器僅要裝備12C或HDQ通信驅動器即可。

3.12電池組電路描述

圖4(a)為可選用具有判定功用IC的典型的電池組運用電路。依據所運用電量檢測計IC的不同,電池組至少要有三到四個外部終端。

VCC及BAT引腳會連到電池電壓,以便供電及丈量電池電壓。電池接地端銜接了一個電阻值較小的檢測電阻器,讓電量檢測計的高阻抗SRp及SRN輸入端能夠監控感測電阻兩頭的電壓。經過流經檢測電阻器的電流可用來判斷電池充入或釋放的電量。規劃人員挑選檢測電阻值時有必要考慮電阻兩頭的電壓不能超越100mV,過低的電阻值或許會在電流較小時呈現差錯。電路板布局有必要保證從SRp及SRN到檢測電阻器的銜接要盡或許靠近感測電阻端;換言之,它們應該是選用Kelvin連線。

HDQ引腳要外部上拉電阻器,該電阻應位于主機或主運用端,這樣電量檢測計才能在電池組與便攜式設備銜接斷開時啟用睡眠功用。主張上拉電阻值選用10kΩ。

3.13電池組判定

價格低廉的偽冒電池的問題日益嚴峻,這些電池或許不包含OEM廠商要求的安全維護電路。所以,真品電池組可包含圖4(a)所示的判定電路。當要判定電池時,主機向含有IC(bq26150,用處是循環冗余校驗(CRC))的電池組發出一個問詢值(challenge),電池組所含的CRC會依據這個問詢值和,IC中內建的CRC多項式核算這個CRC值。CRC是基于主機的查詢指令與IC中隱秘意義的CRC多項式完結的,主機也會進行CRC值核算井與電池組的核算結果比較以確認判定是否成功。

一旦電池經過判定,bq26150則會發出指令以保證主機與電量檢測計之間的資料線路通訊正常。當電池銜接中止或重新銜接時,整個判定過程將重復一次。

3.14雙電池運用

圖4(b)為運用bq26500支撐雙體鋰離子電池的典型運用電路。為了支撐多顆電池,此電路新增一個可調穩壓器。電量檢測計的BAT引腳與最下面一節電池的負極相連,以完結可變電池組電壓的丈量。

主機要能夠讀懂電量檢測計丈量的可變電池組電壓,以確認放電完畢閾值以及充電終止閾值。至於電量剩下狀況(RemainingStateofCapacity)等,則不要解讀就能直接運用。

上述bq2650x及bq27x00等電量檢測計供給電池制作商一個簡略易用的挑選辦法,該辦法L[僅僅丈量電池電壓要準確許多,這些電量檢測計可用於各種電池架構,并可支撐電池判定及雙電池運用。

3.2電量檢測算法運用舉例之二,能適用于各種通用電量計的新式IC。

當今不少制作廠商可供給種類豐厚的電量計IC,用戶可從中選取適宜的功用器材,以優化產品的性價比。運用電量計貯丈量的電池參數,這種分離式架構答運用戶在主機內定制電量計量算法.從而省去電池組內嵌處理器的本錢。值此以Dallasesemicconductor公司名為例的DS2762芯片作典型剖析。一新式分離式電量計IC,其結構見圖5(a)所示。

DS2762運用特色DS2762是一款單節鋰離子電池電量計與維護電路,集成于一片微小的2.46mm×2.74mm倒裝片封裝。由于內部集成了用于電量檢測的高精密電阻,該款器材十分節約空間。它所具有的小尺寸和無與倫比的高集成度,關于移動電話電池組及其它類似的手持產品,如pDA等,都十分抱負。集成的維護電路持續地監督電池的過壓、欠壓和過流毛病(充電或放電期間)。不同于獨立的維護IC,DS2762答應主處理器監督/操控維護FET的導通狀況,這樣,能夠經過DS2762的維護電路實現體系電源操控。DS2762也能夠充電一個已深度耗費的電池,當電池電壓缺乏3V時,供給一條限制電流的恢復充電途徑。圖5(b)為由DS2762芯片構成所的完好的鋰離子電池組規劃

DS2762能夠準確監督電池電流、電壓和溫度,其動態規模與分辨率滿足任何通行的移動通信產品的測試規范。測得的電流對內部呈現的時基進行積分,實現電量計量。經過實時、持續的主動失調糾正,電量計量的精度得以提高。內置的檢測電阻消除了因制作工藝和溫度而造成的電阻改變,進一步提高了電量計的精度。重要數據保存于32字節、可加鎖的EEpROM;16字節的SRAM用于保存動態數據。與DS2762的一切通信均經過1-Wire、多節點通信接口進行,最大極限減少了電池組與主機的連線。其重要特色為;單節鋰離子電池維護器;高精度電流(電量計量)、電壓和溫度丈量;可選的集成25mΩ檢測電阻,每個DS2762經過獨自微調;0V電池恢復充電;32字節可加鎖EEpROM,16字節SRAM,64位ROM;1-Wire,多節點,數字通信接口;支撐多電池組電源辦理,并經過維護FET實現體系電源操控;休眠形式下電源電流僅2μA(最大);作業形式下電源電流為90μA(最大);2.46mm×2.74mm倒裝片封裝或16引腳下SSOp封裝,兩者均可挑選帶或不帶檢測電阻;復具有備有評估板。

4、定論
運用好便攜式電子設備的電池技能是挑選鋰離子電池和鋰聚合物電池及其充電器的基礎。至于怎么正確挑選,還有必要視便攜式電子設備的具體要求而定。

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