鋰電池充電方式概述
以目前在便攜式數(shù)碼產(chǎn)品中最為常見的鋰電池為例,鋰電池具有較高的能量密度,體積小,重量輕,壽命長,無記憶效應(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。一般通過檢測充電電池的電壓來判斷電池是否充滿,由于鋰電池的大量儲能是在端電壓接近其最高允許電壓時的充電期間建立的,鋰電池充電器設(shè)計往往需要較高的電壓檢測精度(精度高于l%),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,典型的充電周期開始時恒流充電方式。當(dāng)電池電壓上升到指定限度時,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)(和通過一電阻對電容充電過程很類似)。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)長的時間。
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MAXl898,MAX846A等,線性調(diào)節(jié)方式的充電器的充電電壓或電流來自于交流適配器的直流輸出,通過控制外部PNP調(diào)整管,調(diào)節(jié)電池的充電電流以及充電電壓,如圖l所示,具有結(jié)構(gòu)簡單,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)熱相對較大,用于小型便攜式設(shè)備,例如手機(jī)、個人數(shù)字助理(PDA)等,會造成較大的溫升。

開關(guān)方式充電器,以MAX745,MAXl757為例,如圖2所示。相比線性調(diào)節(jié)方式,開關(guān)方式控制外部MOSFET對源電壓進(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。MOSFET工作與開關(guān)狀態(tài),大大減小了調(diào)整管的功耗,但開關(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。

而脈沖方式的充電器具有線性充電器和開關(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)成了一個脈沖方式充電器。以MAXl879為例,如圖3所示,此時,當(dāng)電池電壓低于設(shè)定的電壓值時,充電器打開外部P溝道MOSFET對電池進(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,MOSFET關(guān)斷。在這種模式下,外部MOSFET工作在開關(guān)方式下,不對充電電流進(jìn)行調(diào)節(jié),因此降低了功耗;同時,由于無需輸出濾波器,所以同時具有線性調(diào)節(jié)方式的結(jié)構(gòu)簡單的優(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。