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电池充电的解决方法分析

钜大LARGE  |  点击量:107次  |  2020年05月31日  

摘要
电池充电解决方案事实上,所有3G手机都采用锂离子电池作为主电源。由于散热及空间的限制,设计师必须仔细考虑选用何种类型的电池充电器,以及还需要哪些特性来确保对电池进行安全及精确的充电。线性锂离子电池充电

电池充电解决方法


事实上,所有3G手机都采用锂离子电池作为主电源。由于散热及空间的限制,设计师必须仔细考虑选用何种类型的电池充电器,以及还要什么特性来确保对电池进行安全及精确的充电。


线性锂离子电池充电器的一个明显趋势是封装尺寸继续减小。但值得关注的是在充电周期(尤其在高电流阶段)冷却IC所需的板空间或通风条件。充电器的功耗会使IC的接合部温度上升。加上环境温度,它会达到足够高的水平,使IC过热并降低电路可靠性。此外,假如过热,许多充电器会停止充电周期,只有当接合部温度下降后才恢复工作。假如这种高温持续存在,那么充电器停止和开始的反复循环也将继续发生,从而延长充电时间。为减少这些风险,用户只能选择减小充电电流来延长充电时间或增大板面积来散热。因此,由于新增了pCB散热面积及热保护材料,整个系统成本也将上升。


对此问题有两种解决方法。首先,要一种智能的线性锂离子电池充电器,它不必为担心散热而牺牲pCB面积,并采用一种小型的热增强封装,允许它监视自己的接合部温度以防止过热。假如达到预设的温度阈值,充电器能自动减少充电电流以限制功耗,从而使芯片温度保持在安全水平。第二种解决方法是使用一种即使充电电流很高时也几乎不发热的充电器。这要求使用脉冲充电器,它是一种完全不同于线性充电器的技术。脉冲充电器依靠经过良好调节且电流受限的墙上适配器来充电。


方法一:LTC4059A线性电池充电器


LTC4059A是一款用于单节锂离子电池的线性充电器,它无需使用三个分立功率器件,可快速充电而不用担心系统过热。监视器负责报告充电电流值,并指示充电器是何时与输入电源连接的。它采用尽可能小的封装但没有牺牲散热性能。整个方法仅需两个分立器件(输入电容器和一个充电电流编程电阻),占位面积为2.5mm2.7mm。LTC4059A采用2mm2mmDFN封装,占位面积只有SOT-23封装的一半,并能供应大约60℃/W的低热阻,以提高散热效率。通过适当的pCB布局及散热设计,LTC4059A可以在输入电压为5V的情况下以最高900mA的电流对单节锂离子电池安全充电。此外,设计时无需考虑最坏情况下的功耗,因为LTC4059A采用了专利的热管理技术,可以在高功率条件(如环境温度过高)下自动减小充电电流。


方法二:带过流保护功能的LTC4052脉冲充电器


LTC4052是一款全集成的脉冲充电器,用于单节4.2V锂离子/锂聚合物电池。当输入电压为5.25V并以0.8A电流进行快速充电时,LTC4052的功耗大约为280mW,而线性充电器解决方法的功耗则高达1.8W。与采用电感来获得高效率和低散热的开关充电器不同,LTC4052采用无电感设计。利用LTC4052设计的700mA至2A锂离子/锂聚合物电池充电器电路仅占70mm2的面积,且高度低于1.7mm。通过将功耗减至最低水平,LTC4052可放宽终端设备对热设计的要求,允许采用更小的封装、更小的散热气流以及更小的pCB面积,而且能消除热点,从而无需使用散热片或风扇。


LTC4052要一个电流受限的墙上适配器,以控制充电电流的大小。它还需配备过流保护电路,以便在意外使用较高电流或墙上适配器发生故障时能供应保护。LTC4052是一款全集成的脉冲充电器,无需使用外部MOSFET或阻流二极管(见图3)。这款独立的充电器IC具有C/10检测、充电状态指示、充电结束按时器、墙上适配器检测及过流保护等功能。LTC4052的输入电源可以是4.5V到12V,并具有1%的飘移电压精度。


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