充電ic新世界，鋰離子電池充電ic設(shè)計(jì)方案探討

對(duì)于充電ic，不知大家了解多少。充電ic的應(yīng)用，使得我們的生活更為便利。為增進(jìn)大家對(duì)充電ic的了解，本文將講解鋰離子電池充電ic的設(shè)計(jì)方案。如果你對(duì)充電ic具有濃厚興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

鋰離子和鋰聚合物電池具有工作電壓高、無記憶效應(yīng)、工作溫度范圍寬、自放電率低及比能量高優(yōu)點(diǎn)。使其能夠較好地滿足便攜式設(shè)備對(duì)電源小型化、輕量化、長工作時(shí)間和長循環(huán)壽命以及對(duì)環(huán)境無害等要求，同時(shí)隨著鋰離子電池產(chǎn)量的提高，成本的降低，鋰離子電池以其卓越的高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)在便攜式設(shè)備電源上取得了主導(dǎo)地位，這也使得鋰離子電池充電器得到了巨大的發(fā)展和廣闊的市場(chǎng)。本文設(shè)計(jì)一款針對(duì)單節(jié)鋰電池的線性充電器IC，采用CMOS工藝設(shè)計(jì)了一款具有智能熱調(diào)整功能的單片線性鋰離子電池充電器IC,在此設(shè)計(jì)的線性鋰離子電池充電器IC在恒流/恒壓充電模式的基礎(chǔ)上，增加了涓流充電模式和智能熱調(diào)整模式。

1 線性鋰離子電池充電器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1所示為本文鋰離子電池充電器的整體功能模塊圖。這些子模塊包括。基準(zhǔn)電壓源、基準(zhǔn)電流源、欠壓閉鎖模塊、恒流充電放大器、恒壓充電放大器、智能熱調(diào)整放大器、鉗位放大器、振蕩器、計(jì)數(shù)器、電池溫度保護(hù)模塊、功率管襯底保護(hù)模塊、邏輯模塊以及多個(gè)比較器模塊。

考慮芯片的實(shí)際應(yīng)用，本文設(shè)計(jì)的鋰離子電池充電器具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)芯片的溫度保護(hù)方面在充電過程中，當(dāng)電池的電壓達(dá)到涓流充電跳變電壓門限而進(jìn)入恒流階段時(shí)，恒流階段為大電流充電，由于本文的功率管為PMOS,在負(fù)載電池和電源之間只有該功率管，此時(shí)電池電壓較低，芯片功率耗散達(dá)到最大。其功率耗散為：

P=(Vcc-VBAT)Icc (1)

大功率耗散將導(dǎo)致芯片的溫度急劇上升，因此設(shè)置了一個(gè)智能的熱反饋回路。當(dāng)芯片溫度上升到熱反饋溫度點(diǎn)105℃時(shí)，啟動(dòng)熱反饋回路，使芯片溫度維持在105℃。當(dāng)電池電壓進(jìn)一步升高時(shí)，由式(1)可知，功率耗散逐漸降低，在較小的功率耗散下，芯片的溫度會(huì)逐漸降低。此時(shí)退出智能熱調(diào)整工作模式，進(jìn)入恒流充電模式，使用大電流Icc對(duì)電池充電，或者直接進(jìn)入恒壓充電階段。該熱反饋回路的使用，使充電的速率最大化，同時(shí)用戶無需擔(dān)心芯片的溫度過高。

(2)成本方面。本文介紹的芯片采用CMOS工藝設(shè)計(jì)，成本低，工藝易于實(shí)現(xiàn)。

(3)與用戶的交互式管理方面。芯片提供了多個(gè)外部用戶編程引腳以方便用戶對(duì)芯片的管理和使用。在充電電流的控制方面，用戶可以通過連接1只電阻至芯片一個(gè)引腳對(duì)充電電流進(jìn)行編程;在充電最終電壓的控制方面，用戶可通過將芯片的一個(gè)引腳接高電平或低電平來設(shè)置最終充電電壓為4.1 V或4.z V,以適應(yīng)對(duì)使用不同的負(fù)極材料的鋰離子電池進(jìn)行充電;在充電時(shí)間的控制上，用戶可通過連接1只電容至芯片1個(gè)引腳對(duì)充電時(shí)間進(jìn)行編程，滿足用戶不同的充電時(shí)間要求。芯片設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)達(dá)到的特性和參數(shù)見表1.

芯片引腳的外部連接如圖2所示。在圖2中，CHRG,FAULT,ACPR三引腳分別與一個(gè)1 kΩ的電阻以及一個(gè)發(fā)光二極管相連，用于指示芯片的充電狀態(tài);4.7μF電容為電源Vcc的旁路電容，在電池BAT引腳處接有一個(gè)ESR為1 Ω的1 μF旁路電容，用于在沒有電池時(shí)，將紋波電壓保持在低水平。NTC引腳處，一個(gè)10 kΩ的負(fù)溫度系數(shù)的電阻RNTC與4 kΩ電阻相串連，將RNTC上的分壓作為NTC引腳的輸入。

2 線性鋰離子電池充電器的整體仿真結(jié)果

仿真中，為縮短仿真時(shí)間，將電池等效為一個(gè)大電容CBAT,其等效串連電阻為RESR.2為對(duì)預(yù)設(shè)定的充電器芯片特性參數(shù)表仿真后得到的結(jié)果。

2.1 電器充電過程波形圖

圖3~圖5是充電器的充電過程在不同的條件下仿真得到的結(jié)果。為縮短仿真時(shí)間，電池預(yù)設(shè)的電壓為2.3 V,以便充電過程能夠迅速地由涓流充電模式過渡到恒流充電模式。

在仿真中，RPROG的值設(shè)置為3 kΩ，涓流充電電流為50 mA,恒流充電電流為500mA;SEL 引腳接地電位，電池的最終充電電壓為4.1V.由圖3~圖5中可以知，在各種工作條件下，充電器都能正常工作。在圖4中充電的過程與溫度的關(guān)系曲線中，當(dāng)溫度為125℃時(shí)，充電電流為零，這是由于芯片中的智能熱調(diào)整溫度Tc是105℃，智能熱調(diào)整電路正常運(yùn)行使芯片的充電電流在125℃時(shí)降至零，電池的電壓一直維持在2.3 V.

以上便是此次小編帶來的“充電ic”相關(guān)內(nèi)容，希望大家對(duì)本文講解的內(nèi)容具備一定的認(rèn)知。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!