发布于 2014年11月24日
如今的便携式电子备中电池技术包含电量检查算法、电池充电算法与电池充电技术等几个方面。尽人皆知,充电式电池化学反应有镍镉、镍氢、锂离子和锂聚合物4种程式,作为便携式电子设置配备布置来说,固然这4种电池程式各有特点,但从能量密度与安静性视点的生长与实践可知, 锂离子电池和锂聚合物电池的优势己成为小型长运转时刻的设置配备布置的志向之选，比如条记本电脑以及依据硬盘的PMP等.对便携式电子备工程师来说，精确挑选与使用好便携式电子备中电池技术至关重要,值此这篇文章将对此作研讨,并作使用举例分析.
1、对于细流充电、疾速充电和安定充电的电池充电算法
凭证终极使用的能量需要，一个电池组大约包含最多4个锂离子或锂聚合物电池芯,其设置配备布置可有多种革新，一起带有一个主流的电源适配器：直接的适配器、USB接口或轿车充电器。撤消电芯数目、电芯的设置配备布置或电源适配器模范上的区别，这些电池组都有相同的充电特性。因而它们的充电算法也相同。锂离子与锂聚合物电池最佳的充电算法能够分为3个期间：细流充电、疾速充电和安定充电。
*细流充电.用于对深度放电的电芯举办充电。当电芯电压在低于约莫2.8V时，用一个稳定的0.1C的电流为它充电。
*疾速充电.电芯电压赶过细流充电的门槛时，前进充电电流举办疾速充电。疾速充电电流应低于1.0C。
*安定电压。在疾速充电进程中，一旦电芯电压抵达4.2V，安定电压期间就开端了。这时可经过最小充电电流或定时器或这两者的团结来中止充电.当最小电流低于约莫0.07C时，可中止充电。定时器则要靠一个预设的定时器来触发中止。
高级的电池充电器一般带有附加的安静成效。比如，要是电芯温度赶过给定窗口，一般是0℃--45℃，充电就会暂停。撤消某些十分低端的设置配备布置，如今市道市情上的锂离子／锂聚合物电池充电方案都集成或是带有外置的元件，以便依据充电特性举办充电，这不可是为了获得更佳充电成果，一起也是为了安静。
2、锂离子/聚合物电池充电方案
锂离子/聚合物电池的充电方案抵挡不同数方针电芯、电芯设置配备布置以及电源模范照常不同的。如今重要有3种重要的充电方案：线性，Buck(降压)开关和SEPIC(升压与降压)开关。
2.1线性方案
当充电器输入电压大于全充斥电芯加上充足净空以后的开路电压时，最佳用线性方案，格外是1.0C疾速充电电流不比1A大太多时。比如，MP3播放器一般只要一个电芯，容量从700到1500mAh不等，满充开路电压是4.2V。MP3播放机的电源一般是AC／DC适配器大约是USB接口，其输出是规矩的5V；这时，线性方案的充电器就是最俭朴、最有用率的方案。图2所示为锂离子/聚合物电池充电方案线性方案,根柢规划和线性电压规整器相同。
*线性方案的充电器使用例举-双输入Li+充电器及智能电源挑选器MAX8677A。MAX8677A是双输入USB/AC适配器线性充电器，内置Smart Power Selector，用于由可充电单节Li+电池供电的便携式设置配备布置。该充电器集成了电池和外部电源充电和切换负载所需的悉数功率开关，因而无需外部 MOSFET。MAX8677A志向用于便携式设置配备布置，比如智能手机、PDA、便携式多媒体播放器、GPS导航设置配备布置、数码相机、以及数码摄像机。
MAX8677A能够工作于独立的USB和AC适配器电源输入下或两个输入中的任意一个输入下。当毗邻外部电源时，智能电源挑选器容许系统不毗邻电池或能够与深度放电电池毗邻。智能电源挑选器自动将电池切换到系统负载，使用系统未使用的输入电源部分为电池充电，充分使用有限的USB和适配器输入电源。悉数必要的电流检查电路，包含集成的功率开关，均集成于片上。DC输入电流限最高可调节至2A，而DC和USB输入均可支撑100mA、500mA、和USB挂起形式。充电电流可调节至高达1.5A，然后支撑 宽领域的电池容性。MAX8677A的其他特性包含热调节、过压保护、充电状况和阻碍输出、电源好监督、电池热敏电阻监督、以及充电定时器。MAX8677A接收节省空间的、热加强型、4mm4mm、24引脚的TQFN封装，划定工作于拓展级温度领域(-40～+85℃)。
2.2 Buck(降压)开关方案
当1.0C充电的电流大于1A，大约输入电压比电芯的全充斥开路电压高许多时，Buck大约降压方案就是一个十分好的挑选。比如，在依据硬盘的PMP中，一般使用单芯锂离子电池，全充斥开路电压是4.2V，容量从1200到2400mAh不等。而如今PMP一般是用轿车套件来充电，它的输出电压在9V到16V之间。在输入电压和电池电压之间比力高的电压差(最小4.8V)会让线性方案失落遵守。这种低遵守，加上大于1.2A的1C疾速充电电流，会孕育发作严肃的散热标题。为阻止这种环境，就要接收Buck方案。图3为锂离子/聚合物电池Buck充电器方案表明图,根柢规划同Buck(降压)开关电压调节器彻底雷同。
2.3 SEPIC(升压与降压)开关方案
在某些使用3个甚至4个锂离子／聚合物电芯串联的设置配备布置中，充电器的输入电压就不老是大于电池电压。比如，条记本电脑使用3芯锂离子电池组，满充开路电压是12．6V(4．2V x3)，容量从1800mAh到3600mAh。输入电源要么是输出电压1 6V的AC／DC适配器，要么是轿车套件，输出电压在9V到16V之间。很显然地，线性和Buck方案都不克不及为这组电池组充电。这就要用上SEPIC方案，它能在输出电压高于电池电压时工作，也能在输出电压低于电池时工作。
3、电量检查算法
许多可携式产品都使用电压测量值来估计电池剩馀电量，可是电池电压与剩馀电量的关连却会随著放电率、温度和电池老化水平而改变，使这种方法的误差率最高可达50％。市场对使用时刻更长的产品需要不断加强，因而系统方案职工必要越发精确的处理方案。使用电量检查计吧来测量电池充人或斲丧的电量，将能够大约在很宽的使用电源等级领域内供给更精确的电池电量估测。
3.1电量检查算法使用举例之一,成效齐备的单＼双电池便携式使用电池组方案
*电量检查原理.较好的电量检查计最少要具有电池电压、电池组温度和电流、测量方法；一个微处置处分9a；和一套及业经历证的电量检查算法。bq2650x及bq27x00是成效齐备的电量检查计，具有一个测量电压与温度的模数转换器(ADC)和一个测量电流与充电感测的模数转换器。这些电量检查计还具有一个微处置处分器，卖力实施德州仪器的电量检查算法。这些演算法会补偿锂离子电池的自放电、老化、温度和放电率等因素。晶片内含微处置处分器为主机系统处置处分器省下这些策画包袱.电量检查计能够大约供给剩下电量状况等信息，bq27x00系列产品还供给剩下可运转时刻(Run Time to Empty)主机可随时向电量检查计盘查这些信息，再透过LED指示灯或屏幕表现将电池信息照顾用户。电量检查计的使用十分便利，系统处置处分器仅必要设置配备布置12C或HDQ通讯驱动器即可。
*电池组电路描摹.图4(a)为可选用具有断定成效IC的模范的电池组使用电路。凭证所使用电量检查计IC的不同，电池组最少必要有三到四个外部终端。VCC及BAT引脚会连到电池电压，以便为，C供电及测量电池电压。电池接地端毗邻了一个电阻值较小的检查电阻器，让电量检查计的高阻抗SRP及SRN输入端能够大约监控感测电阻两端的电压。经过流经检查电阻器的电流可用来决断电池充入或开释的电量。方案职工挑选检查电阻值时有必要思量电阻两端的电压不克不及赶过100 mV，过低的电阻值大约会在电流较小时孕育发作误差。电路板规划有必要保证从SRP及SRN到检查电阻器的毗邻要尽大约接近感测电阻端；换言之，它们应该是接收Kelvin连线。
HDQ引脚必要外部上拉电阻器，该电阻应坐落主机或主使用端，多么电量检查计才气在电池组与便携式设置配备布置毗邻断开时启用就寝成效。建议上拉电阻值选用10 kΩ。
*电池组断定。价值低价的伪冒电池的标题日益严肃，这些电池大约不包含OEM厂商需求的安静保护电路。所以，真品电池组可包含图4(a)所示的断定电路。当要断定电池时，主机向富含IC(bq26150，作用是循环冗余校验(CRC))的电池组宣布一个扣问值(challenge)，电池组所含的CRC会凭证这个扣问值和，IC中内建的CRC多项式策画这个CRC值。CRC是依据主机的盘查命令与IC中秘要定义的CRC多项式完结的，主机也会举办CRC值策画井与电池组的策画成果比力以断定断定是不是乐成。一旦电池经过断定，bq26150则会宣布指令以保证主机与电量检查计之间的材料线路通讯正常。当电池毗邻中止或从头毗邻时，悉数断定进程将重复一次。
3.2电量检查算法使用举例之二,能实用于各种通用电量计的新式IC.
当今不少制作厂商可供给品种富厚的电量计IC,，用户可从中选取符合的成效器材，以优化产品的性价比。使用电量计贮测量的电池参数，这种涣散式架构容许用户在主机内定制电量计量算法．然后省去电池组内嵌处置处分器的本钱。值此以Dallase semicconductor公司名为例的DS2762芯片作模范分析. 一新式涣散式电量计IC,其规划见图5(a)所示.
*DS2762使用特性
DS2762是一款单节锂电池电量计与保护电路，集成于一片细小的2.46mm 2.74mm倒装片封装。由于内部集成了用于电量检查的高细密电阻，该款器材十分节省空间。它所具有的小标准和无可比较的高集成度，抵挡移动德律风电池组及别的雷同的手持产品，如PDA等，都十分志向。集成的保护电路一连地监督电池的过压、欠压和过流阻碍(充电或放电时期)。不同于独立的保护IC，DS2762容许主处置处分器监督/操控保护FET的导通状况，多么，能够经过DS2762的保护电路完成系统电源操控。DS2762也能够充电一个已深度斲丧的电池，当电池电压不足3V时，供给一条限制电流的光复充电途径。
DS2762能够大约精确监督电池电流、电压和温度，其动态领域与区分率满足任何通畅的移动通讯产品的测试标准。测得的电流对内部孕育发作的时基举办积分，完成电量计量。经过及时、一连的自动失调改正，电量计量的精度得以前进。内置的检查电阻消除了因制作技术和温度而形成的电阻革新，进一步前进了电量计的精度。重要数据生存于32字节、可加锁的EEPROM；16字节的SRAM用于生存动态数据。与DS2762的悉数通讯均经过1-Wire、多节点通讯接口举办，最大极限筛选了电池组与主机的连线。其重要特性为；单节锂电池保护器；高精度电流(电量计量)、电压和温度测量；可选的集成25mΩ检查电阻，每个DS2762始末独自微调；0V电池光复充电；32字节可加锁EEPROM，16字节SRAM，64位ROM；
1-Wire，多节点，数字通讯接口；支撑多电池组电源处理，并经过保护FET完成系统电源操控；休眠形式下电源电流仅2?A(最大);工作形式下电源电流为90?A(最大);2.46mm2.74mm倒装片封装或16引脚下SSOP封装，两者均可挑选带或不带检查电阻;复具有备有评价板.
4、定论
使用好便携式电子备的电池技术是挑选锂离子电池和锂聚合物电池及其充电器的根柢.之于怎样精确挑选,还有必要视便携式电子备的具体需求而定。