1鋰電池充電方式概述

常用的二次電池有鎳鎘電池，鎳氫電池，鋰電池等多種類型。以目前在便攜式數(shù)碼產(chǎn)品中最為常見(jiàn)的鋰電池為例，鋰電池具有較高的能量密度，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，無(wú)記憶效應(yīng)以及不污染環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于數(shù)碼設(shè)備中，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，而且靈活方便。

常用的鋰電池充電器其核心都是恒流／恒壓調(diào)節(jié)器。一般通過(guò)檢測(cè)充電電池的電壓來(lái)判斷電池是否充滿，由于鋰電池的大量?jī)?chǔ)能是在端電壓接近其最高允許電壓時(shí)的充電期間建立的，鋰電池充電器設(shè)計(jì)往往需要較高的電壓檢測(cè)精度（精度高于1％），試圖使空載端電壓接近容許的最高電壓。當(dāng)電池的電壓較低時(shí)，典型的充電周期開(kāi)始時(shí)恒流充電方式。當(dāng)電池電壓上升到指定限度時(shí)，充電器轉(zhuǎn)換為恒壓調(diào)節(jié)，該方式一直持續(xù)到充電電流減小為零，這時(shí)電池充電完畢。在恒壓充電階段，電流按指數(shù)規(guī)律下降，該指數(shù)與電池電阻以及和該電池相串聯(lián)的所有電阻有關(guān)（和通過(guò)一電阻對(duì)電容充電過(guò)程很類似）。由于充電電流按指數(shù)規(guī)律下降，所以完成充電需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。

鋰電池充電器根據(jù)工作原理不同，可以分為線性調(diào)節(jié)方式，開(kāi)關(guān)方式以及脈沖方式三種工作方式。

線性調(diào)節(jié)方式，例如MAX1898，MAX846A等，線性調(diào)節(jié)方式的充電器的充電電壓或電流來(lái)自于交流適配器的直流輸出，通過(guò)控制外部PNP調(diào)整管，調(diào)節(jié)電池的充電電流以及充電電壓，如1所示，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外圍元件少等優(yōu)點(diǎn)，但外部的調(diào)整管工作在線性方式下，具有較高的功耗，因此該充電方式的效率較低，發(fā)熱相對(duì)較大，用于小型便攜式設(shè)備，例如手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）等，會(huì)造成較大的溫升。

開(kāi)關(guān)方式充電器，以MAX745，MAX1757為例，如2所示。相比線性調(diào)節(jié)方式，開(kāi)關(guān)方式控制外部MOSFET對(duì)源電壓進(jìn)行斬波，然后將斬波后的電壓進(jìn)行濾波，產(chǎn)生所需要的充電電流或電壓。

工作與開(kāi)關(guān)狀態(tài)，大大減小了調(diào)整管的功耗，但開(kāi)關(guān)方式充電器的功耗降低是以增加電路尺寸和復(fù)雜度為代價(jià)。

而脈沖方式的充電器具有線性充電器和開(kāi)關(guān)模式充電器兩者共有的優(yōu)點(diǎn)。該方式配合限流交流適配器以及外部P溝道MOSFET，構(gòu)成了一個(gè)脈沖方式充電器。以MAX1879為例，如3所示，此時(shí)，當(dāng)電池電壓低于設(shè)定的電壓值時(shí)，充電器打開(kāi)外部P溝道MOSFET對(duì)電池進(jìn)行充電，充電電流受限于外部電源（即交流適配器）；當(dāng)電池電壓達(dá)到設(shè)定電壓時(shí)，MOSFET關(guān)斷。在這種模式下，外部MOSFET工作在開(kāi)關(guān)方式下，不對(duì)充電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此降低了功耗；同時(shí)，由于無(wú)需輸出濾波器，所以同時(shí)具有線性調(diào)節(jié)方式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。該控制方式同樣存在缺點(diǎn)，即交流適配器需要具備限流功能，因此增加了交流適配器的成本。

2高集成度、低成本鋰電池充電器

2.1MAX8730的工作原理

MAX8730開(kāi)關(guān)方式充電器集成了Li＋、NiMH和NiCd電池充電所必需的所有功能。利用一個(gè)高效率、降壓型DC－DC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)精確的恒流、恒壓充電器，選擇3節(jié)或4節(jié)電池模式。

DC－DC轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)一個(gè)P溝道MOSFET，并且外接一個(gè)高速肖特基二極管。充電電流和輸入檢流放大器失調(diào)誤差較低，因此可采用較小的檢流電阻，降低功耗。

MAX8730的典型工作電路如4所示，該器件內(nèi)置一個(gè)滯回比較器，監(jiān)測(cè)交流適配器的連接狀態(tài)，并且自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)碾娫?。?dāng)適配器連接時(shí)（VASNS＞VBATT－100mV），關(guān)斷P溝道MOSFET（P3），將電池與系統(tǒng)負(fù)載斷開(kāi)。適配器斷開(kāi)時(shí)（VASNS＜VBATT－270mV），PDS上拉至SRC，關(guān)斷P溝道MOSFET（P1），隨后，間隔5μs后，拉低PDL，接通電池與系統(tǒng)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)先斷后合。當(dāng)VSRC－VCSIN＞100mV（典型值），并且模式選擇設(shè)定在3節(jié)或4節(jié)電池，ICTL＞110mV，INPON為高電平時(shí)，MAX8730啟動(dòng)充電過(guò)程。

5為MAX8730的功能框圖，該器件內(nèi)置一路電壓調(diào)節(jié)環(huán)（CCV）和兩路電流調(diào)節(jié)環(huán)（CCI和CCS）。三個(gè)環(huán)路獨(dú)立工作，MAX8730根據(jù)工作情況不同，控制輸入電流（CCS控制環(huán)）、充電電流（CCI控制環(huán)）或充電電壓（CCV控制環(huán)）。三個(gè)控制環(huán)DDDCCS、CCI和CCV內(nèi)部連接到最低電壓箝位（LVC）放大器，LVC輸出CCV、CCI或CCS三者中的最小電壓，作為DC－DC控制器的反饋控制信號(hào)。

CCV電壓調(diào)節(jié)環(huán)監(jiān)控電池電壓，通過(guò)監(jiān)測(cè)電池電壓來(lái)判定電池是否滿充；而CCI電池電流調(diào)節(jié)環(huán)監(jiān)控流入電池的電流，確保充電電流不超過(guò)設(shè)定的限流值。當(dāng)電池電壓低于設(shè)定值時(shí)，充電電流調(diào)節(jié)環(huán)起作用。而當(dāng)電池電壓達(dá)到其設(shè)定值時(shí)，電壓調(diào)節(jié)環(huán)起作用，將電池電壓維持在設(shè)定值處。另一個(gè)電流調(diào)節(jié)環(huán)（CCS）控制充電電流，當(dāng)適配器電流超過(guò)設(shè)定的輸入限流值時(shí)，通過(guò)降低充電電流優(yōu)先為系統(tǒng)負(fù)載供電，從而降低了對(duì)適配器的要求。

將MODE接至GND，可以設(shè)置MAX8730進(jìn)入重新學(xué)習(xí)模式，用于校準(zhǔn)電池電量。重新學(xué)習(xí)過(guò)程中，充電器將電池與充電器斷開(kāi)，并通過(guò)系統(tǒng)負(fù)載放電。當(dāng)電池達(dá)到100％的放電深度時(shí)，再啟動(dòng)對(duì)電池的重新充電。

2.2充電器參數(shù)設(shè)置

1給出了MAX8730的模式選擇。通過(guò)VCTL外接的分壓電阻，可以設(shè)置充電終止電壓。電池充電終止電壓與電流的化學(xué)特性和電池構(gòu)造有關(guān)，具體參數(shù)由電池廠商提供。充電終止電壓（VBATT）與電池節(jié)數(shù)（CELLS）以及VCTL上電壓VVCTL的關(guān)系由下式典型工作電路確定：

VBATT＝CELLS×（4V＋VVCTL／9）（1）VCTL接LDO時(shí)，缺省設(shè)置電池的充電終止電壓為4.2V／節(jié)，充電終止電壓的精度為0.7％。

ICTL設(shè)置允許流經(jīng)檢流電阻RS2的最大充電電流。

CSIP和CSIN之間的滿量程差分電壓值為135mV（RS2＝30mΩ時(shí)，電流為4.5A）。根據(jù)下列公式設(shè)置ICTL：VICTL＝ICHG×RS2×（3.6V／135mV）（2）ICTL的滿量程輸入范圍為0至3.6V。欲關(guān)斷充電器，可將ICTL拉低至65mV以下。

CLS可以設(shè)置MAX8730輸入限流值，設(shè)定流過(guò)CSSP和CSSN（即檢流電阻RS1）的最大電流值。當(dāng)輸入電流超過(guò)限流值時(shí)，MAX8730可以降低充電電流，優(yōu)先為系統(tǒng)負(fù)載供電，從而降低對(duì)適配器的要求?？偟妮斎腚娏鞯扔谪?fù)載電流加上充電器的輸入電流，可由下列公式表示：

IINPUT＝ILOAD＋（ICHARGE×VBATTERY）／（VIN×η）（3）

其中η為DC－DC轉(zhuǎn)換器的效率（典型值為85％至95％）。

CSSP和CSSN之間的滿量程差分電壓為75mV，可以根據(jù)以下公式，設(shè)定CLS的值：VCLS＝ILIMIT×RS1×（VREF／75mV）CLS的輸入范圍為1.1V至VREF。

3穩(wěn)定性討論

MAX8730的充電電壓調(diào)節(jié)環(huán)、充電電流調(diào)節(jié)環(huán)和輸入電流調(diào)節(jié)環(huán)分別在CCV、CCI和CCS引腳處進(jìn)行補(bǔ)償。

如圖4所示，電壓調(diào)節(jié)環(huán)路的補(bǔ)償需要引入一對(duì)零點(diǎn)－極點(diǎn)對(duì)，因此補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由CCV和RCV構(gòu)成。在低頻時(shí)，極點(diǎn)為電壓環(huán)響應(yīng)提供必要的滾降。

推出兩款帶有通用總線接口的2端口系列交換機(jī)器件――KSZ8862－16MQL和KSZ8862－32MQL，可以將IC與任何8位、16位（16MQL）或32位（32MQL）應(yīng)用的FPGA或微處理器產(chǎn)品相連，其中包括校園骨干網(wǎng)互連、內(nèi)部轉(zhuǎn)換互連、受控的媒體轉(zhuǎn)換器及工業(yè)控制。

這些IC的銅端口具有HPAuto－MDIX，簡(jiǎn)化了媒體轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡(luò)操作。它們還增加了四個(gè)優(yōu)先序列，支持IPV6和基于序列的限速，特別適合三重業(yè)務(wù)捆綁產(chǎn)品，符合目前運(yùn)營(yíng)商的發(fā)展需求。這兩款I(lǐng)C的光纖模式適合工業(yè)底層應(yīng)用。除了LinkMD以外，還增加了基于時(shí)域反射計(jì)（TDR）的線纜診斷功能和HP的auto－MDIX功能，并為10BaseFL和100BaseSX應(yīng)用提供了LED驅(qū)動(dòng)器和后置放大器。端口1可用于10B－FL／100B－SX或100B－FX光纖產(chǎn)品，端口2可用于10B－T／100B－TX接口，特別適合受控媒體轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品。

零點(diǎn)用于補(bǔ)償輸出電容和負(fù)載所引入的極點(diǎn)。由于輸出電容的阻抗對(duì)充電電流環(huán)路以及輸入電流環(huán)路響應(yīng)的影響極小，因此僅需要引入單個(gè)極點(diǎn)對(duì)兩個(gè)電流環(huán)路進(jìn)行補(bǔ)償。