充電電池和單機(jī)快速充電器概述(共8頁(yè))

1、設(shè)計(jì)(shj)指南3999充電電池和單機(jī)快速充電器概述摘要：本應(yīng)用筆記(bj)簡(jiǎn)單介紹了鎳鎘(NiCd)、鎳氫(NiMH)和鋰離子(Li-Ion，Li+)可充電電池，討論它們的性能，并說(shuō)明在不需要微控制器的情況(qngkung)下如何構(gòu)建單機(jī)結(jié)構(gòu)，安全、快速地為鎳氫和鋰離子電池充電。 概述充電電池已經(jīng)成為當(dāng)今電子產(chǎn)品的一種標(biāo)準(zhǔn)電源，特別是便攜設(shè)備：筆記本電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)。盡管電源電壓在不斷降低，但可充電電池消耗的絕對(duì)功率仍在不斷增大。功耗增長(zhǎng)的主要原因是設(shè)備功能的增強(qiáng)，例如：數(shù)碼相機(jī)與手機(jī)的功能整合，筆記本電腦更高的運(yùn)算速度以及大尺寸屏幕的需求等等。便攜設(shè)備功耗的增大使得用可充電電池要比標(biāo)

2、準(zhǔn)電池性價(jià)比更高。更為重要的是，可充電電池更有利于環(huán)保。使用充電電池可極大地減少有害物質(zhì)的排放、材料的消耗、以及生產(chǎn)同等一次性電池所需的能源。本文介紹了可充電電池的化學(xué)成分；同時(shí)說(shuō)明了各種充電電池的典型特征和選擇電池類型時(shí)需要重點(diǎn)注意的事項(xiàng)。另外還討論了在不使用微控制器或電源浪涌保護(hù)的主適配器的情況下如何構(gòu)建單機(jī)結(jié)構(gòu)，安全、快速地對(duì)鎳氫和鋰離子充電電池進(jìn)行充電?？沙潆婋姵仡愋?0世紀(jì)80年代的便攜設(shè)備，如數(shù)字無(wú)繩電話、隨身聽和電動(dòng)剃須刀等，主要由鎳鎘(NiCd)電池供電。到了90年代后期，鎳氫(NiMH)電池和鋰離子(Li-Ion)電池逐漸進(jìn)入市場(chǎng)并開始流行。因?yàn)閮r(jià)格比鎳氫和鋰離子電池便宜，鎳

3、鎘電池在低端應(yīng)用中十分普遍。鎳鎘電池可提供最高的放電電流，適合短時(shí)間內(nèi)需要大功率輸出的應(yīng)用。另一方面，鎳鎘電池曾經(jīng)被所謂的記憶效應(yīng)困擾(現(xiàn)在的鎳鎘電池很少考慮這個(gè)因素)，使電池容量降低。如果鎳鎘電池在未完全放電的情況下再充電，一些活性物質(zhì)會(huì)累積并且開始結(jié)晶(在陽(yáng)極有100m的鎘累積層)，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)這層物質(zhì)會(huì)自行消失(一塊全新電池的陽(yáng)極大約有1微米厚度的鎘結(jié)晶)。出現(xiàn)記憶效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電池容量越來(lái)越小，端電壓越來(lái)越低，使得電池到達(dá)最低可用端電壓(關(guān)斷點(diǎn))的時(shí)間比預(yù)期的早許多(圖1)。鎳鎘電池的另一個(gè)缺點(diǎn)是它的活性物質(zhì)中含有有毒的鎘(Cd)，早期的鎳鎘電池在處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生環(huán)境和成本問(wèn)題。所以，歐洲法規(guī)

4、2000/53/EG在2005年12月31號(hào)后禁止銷售鎳鎘充電電池。鎳氫電池比鎳鎘電池更環(huán)保，但是價(jià)格更貴。鎳氫電池的放電電流略小，但受惰性效應(yīng)的影響。惰性效應(yīng)是比鎳鎘電池記憶效應(yīng)稍輕的一種現(xiàn)象。惰性效應(yīng)是由于鎳的結(jié)晶導(dǎo)致的。惰性效應(yīng)和記憶效應(yīng)一樣，導(dǎo)致無(wú)法完全使用可充電電池的全部容量，但都可以通過(guò)使用帶有放電功能的充電器來(lái)避免。圖1. 鎳鎘電池的記憶效應(yīng)與鎳氫電池的惰性效應(yīng)之間的比較鋰電子可充電電池價(jià)格最高，但具有足夠高的能量密度，因而可以在給定尺寸下提供更優(yōu)性能，更適合小尺寸、高集成度的便攜設(shè)備。表1給出了各種類型電池的主要特性。表1. 各種類型充電電池概述 NiCdNiMHLi-IonE

5、nergy DensityAverageAverageHighMemory Effect or Lazy EffectMemory effectLazy effectNoCostsCheapAverageExpensiveSelf-Discharge, % per Month*25258Maximum Discharge Current 5C 3C 0.165V)，表明電池內(nèi)阻與引線電阻之和高于150m，芯片會(huì)提供邏輯指示或出錯(cuò)信息指示(LED1、LED2)，同時(shí)停止充電過(guò)程(圖4)。圖4. 圖3中所示充電器的充電流程單機(jī)鋰離子電池(dinch)快速充電器因?yàn)椴恍枰獧z測(cè)(jin c)電壓變化率

6、(dV/dt)，鋰離子電池充電器比鎳氫電池簡(jiǎn)單(jindn)。同時(shí)，由于鋰離子電池對(duì)過(guò)充非常敏感，充電器需要一個(gè)精確的4.2V 50mV電源保證恒電流充電。至于鎳氫電池，充電器不僅需要電壓監(jiān)測(cè)，還需要其它監(jiān)控功能(溫度、計(jì)時(shí)等)。單機(jī)鋰離子電池充電器 HYPERLINK /cn/max8601 MAX8601內(nèi)置所謂的VBATT可控電壓源，它可以在+25C提供4.2V 0.021V，或在40C T 85C提供4.2V 0.034V的精度。當(dāng)通過(guò)VBATT連接給鋰離子電池充電時(shí)，充電器可以保持恒定輸出電流(圖5)，外部電阻(接SETI引腳)和外部電容(接CT引腳)可以設(shè)定充電電流和內(nèi)部計(jì)時(shí)。該充

7、電器還通過(guò)一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)電阻來(lái)監(jiān)控電池的溫度。圖5. MAX8601鋰離子電池單機(jī)充電器的典型應(yīng)用電路圖MAX8601充電器的主要優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)外部適配器或USB端口給電池充電(圖6)。USB端口根據(jù)USEL引腳的設(shè)置可以提供100mA、500mA電流(典型USB輸出電流)。該芯片會(huì)自動(dòng)選擇外部電源(主適配器或USB)。如果兩個(gè)電源同時(shí)存在，它會(huì)選擇主適配器進(jìn)行充電。任何一個(gè)電源都必須能夠提供最小4.5V的電壓。通過(guò)USB端口充電可以降低外部電源模塊的成本，電源模塊通常體積較大且效率較低。MAX8601具有低電池電壓預(yù)充、限壓/限流快速充電和浮充模式等控制算法，優(yōu)化了鋰離子電池充電。器件還有上

8、電復(fù)位以及電池過(guò)壓、高溫/低溫檢測(cè)和充電時(shí)間的連續(xù)監(jiān)測(cè)功能。充電過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)壓、高溫或低溫會(huì)造成充電電池的永久損壞，降低電池容量和使用時(shí)間，甚至使電池報(bào)廢。最壞的情況下，會(huì)造成電池泄漏或爆炸。MAX8601確保充電過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)上述危害，從而延長(zhǎng)了電池使用時(shí)間，消除了潛在的危險(xiǎn)情況。圖6. 圖5中充電器的充電流程圖結(jié)論(jiln)DS2711/DS2712和MAX8601都是單機(jī)充電器，它們(t men)具有多種監(jiān)控功能(電壓(diny)、功率、溫度、計(jì)時(shí)等)，既不需要微控制器監(jiān)控，也不需要電源浪涌保護(hù)，而且提供清晰、簡(jiǎn)單的外部切換。常見(jiàn)問(wèn)題及解答能否用鎳氫電池充電器給鎳鎘電池充電?答：勉強(qiáng)可

9、以。由于不同的可再充電電池具有不同的關(guān)斷特性，鎳鎘電池在dV/dt = 0時(shí)關(guān)斷，而鎳氫電池在dV/dt 0時(shí)關(guān)斷。在同一個(gè)設(shè)備中能否安裝不同容量的可再充電電池，或者新、舊電池混合使用?答：可以，但是不推薦。因?yàn)樵O(shè)備的性能將會(huì)由最弱的電池決定。什么場(chǎng)合不適合使用可再充電電池?答：不要在諸如遙控和煙霧報(bào)警等應(yīng)用中使用充電電池。因?yàn)檫@些應(yīng)用的電源要求比較低，而且設(shè)備不經(jīng)常使用?？稍俪潆婋姵乇绕胀姵鼐哂懈叩淖苑烹娐?。譬如，鎳氫電池每天損失1%的電量。因而它的工作時(shí)間不太長(zhǎng)。能否(nn fu)給一次性電池(如堿性(jin xn)電池)充電(chng din)?答：不能給堿性電池充電。堿性電池的化學(xué)

10、成分及構(gòu)造不適合進(jìn)行充電，強(qiáng)加入的能量會(huì)發(fā)熱，隨著內(nèi)部溫度的上升，電池通常會(huì)出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，有時(shí)可能會(huì)爆炸。電池內(nèi)部的有毒物質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響很大。為什么監(jiān)測(cè)充電電池的溫度十分重要?答：盡管充電電池的化學(xué)成分及構(gòu)造適合進(jìn)行充電，但對(duì)電池允許的電量及充電速率有所限制。短時(shí)間內(nèi)充入過(guò)多電量會(huì)使內(nèi)部溫度升高，同堿性電池一樣，可能造成電池泄漏甚至爆炸。一旦充電電池充滿電，額外的電荷會(huì)使電池發(fā)熱。如果不對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并降低充電速率或停止充電，可能會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生同樣的危害。這就是DS2711/DS2712/MAX8601在充電過(guò)程中監(jiān)測(cè)諸多參數(shù)的原因所在，這樣將確保較長(zhǎng)的電池使用時(shí)間以及安全的充電過(guò)程。 內(nèi)容總結(jié)（1）設(shè)計(jì)指南3999摘要：本