便携式电子装置电池的充电管理.doc

便携式电子装置电池的充电管理 1? 引言 ??? 随着科技的进步，个人电子装置正日新月异、突飞猛进地向前发展。手机、笔记本电脑、数码相机等便携式装置己越来越变成人们生活的必需品。便携式装置配备的现代化学电池对充电管理要求是比较严格的。如果能从充电控制、安全、体积及成本诸方面考虑，为这些现代化学电池提供优质的充电管理，对最终用户来说，比使用一次性电池更为方便，又能降低使用成本；对制造商来说，也能增加自己的竞争力。 ??? 本文以TI公司研制的多化学结构电池充电管理集成电路BQ2000为例，探讨便携式电子装置配备的电池充电控制的最新技术。 2? 便携式装置可充电电池及其充电技术现状 ??? 现在应用的可充电电池有多种多样，其中镍镉(Ni-Cd)、镍金属氢(Ni-MH)和锂离子(Li-Ion)电池是其中的三大竞争者，表1列出了它们各自的特点。 表1? 3种 可 充 电 电 池 的 特 性 比 较 电池特性 Ni-Cd Ni-MH Li-Ion 能量密度Wh/kg 40 60 90＋ 工作电压/V 1.2 1.2 3.6 开路电压/V 1.3 1.3 3.6 快充电流 1C 1C 1C 充电方法 恒流法 恒流法 先恒流，再恒压 基本充电终结法 PVD PVD或ΔT/Δt 最小电流法 放电电压范围/V 1.0～1.2 1.0～1.2 3.0～3.8 月平均自放电率 15％ 20％ 6％ ??? 从表1可看出，Ni-Cd电池的能量密度最低，而Li-Ion电池能量密度最高。就成本而言，Ni-MH电池居于其余两者之间，由于Ni-MH电池近几年来性能有长足的改进，因而需要较高能量密度的场合，Ni-MH电池具有较强的成本竞争力。 ??? 便携式装置的制造商利用各种电池的不同特性来实现他们的产品性能和成本目标，以便在市场上较好地定位和区分他们的产品。这些电池不同的性价比也使得制造商为同产品提供多种电池组选择，使消费者可根据自身的需要来选择适合的电池。这样一来电池多样化的局面便形成了，而各种充电装置也必须支持多种化学电池的充电方法。 ??? 围绕电池充电这一问题，人们想了不少办法，各种充电控制方法应运而生。以前，一般都是采用一些常用的集成电路和分立电子元器件搭构成具有一定功能的装置，对充电电压或充电电流加以控制。 ??? 对于现代Ni-Cd、Ni-MH及Li-Ion电池的再充电，其典型的控制方法是用一个具有模/数变换的微处理器，不同的开关变换器充电控制电路及带温度补偿的不同的电压基准，加上有关镍基和锂基化学的相应知识来设计预充电判定、状态处理、充电计算和维护充电的技术来进行。完成这样的充电控制，成本是比较昂贵的，工艺也比较复杂，充电器体积相对来说也较大。为了降低成本，缩小体积，减少设计的复杂程度，BENCHMARK公司（已被TI收购）研制了一种全集成且能为多种化学结构电池充电进行管理的，半导体集成电路BQ2000。 3? BQ2000简介 ??? BQ2000是一种8脚开关型充电控制集成电路，适用于多种化学结构电池的充电管理，能实现高精度充电控制。它简化了LiIon、NiCd和NiMH电池的充电过程，把必要的功率转换和多种化学结构电池的充电控制算法及其它许多现代化学电池充电需要的功能电路制作到同一块半导体集成电路芯片上。 ??? 其主要特点如下： ??? ——可对镍镉、镍氢、锂离子电池进行安全充电管理； ??? ——高频开关模式控制器使得充电效率可达90％以上； ??? ——可防止对电池组的过充电和欠充电； ??? ——初充电模式可检测电池短路、损坏以及电池过热； ??? ——快速充电结束方式，对镍基电池可选择为峰值电压（PVD）和最长时间关断模式，对锂电池可选择为最小电流和最长时间关断模式； ??? ——可编程的涓流充电方式，使严重亏电电池得以恢复，并有过充维护功能； ??? ——补足充电模式可使镍氢电池达到最大容量； ??? ——电池组放入与取出检测； ??? ——低功耗的休眠方式。 ??? 图1是BQ2000的管脚排列图，而图2则是其简略功能方框图。 图1? BQ2000管 脚 排 列 图 图2? BQ2000功 能 方 框 图 ??? 各管脚功能如下: ??? 脚1（SNS）? 充电电流检测输入端（此端口利用与电池组相串联的检测电阻上的电压来限制充电电流）。 ??? 脚2（Vss）? 电源地。 ??? 脚3（LED）? 充电状态输出端。用一只外接发光二极管的亮、暗及闪烁来显示不同的充电状态。 ??? 脚4（BAT）? 电池电压的输入端。由一个加在充电电池两端的电阻分压器，产生此电池的电压检测输入信号。