一种混合信号电池充电器设计

1、【Word版本下载可任意编辑】 一种混合信号电池充电器设计 本文主要讨论两种常见的化学电池：锂离子电池和镍氢电池。通过本文的讨论，能够设计出一种混合信号通用电池充电器，这种充电器可对这两种电池开展充电。 电池充电的系统考虑 要快速可靠地完成电池充电，需要高性能的充电系统。以下系统参数是设计经济可靠的解决方案所必须考虑的。 输入源 许多应用都采用廉价的墙式适配器作为输入电源，这种适配器的输出电压高度依赖于变化较大的交流输入电压以及适配器负载电流。通过汽车适配器充电也面临同样的问题。汽车适配器的输出电压范围通常为9V18V。 输出电压稳压精度 对于锂离子电池，为使电池容量的利用率到达，输出电压稳压

2、精度至关重要。输出电压精度的微小降低都会导致电池容量大幅度减少。当然，出于安全以及可靠性方面的考虑，输出电压并不能无限度提高。图1示意了输出电压稳压精度的重要性。 充电结束方法 无论是锂离子电池还是镍氢电池，过充都是致命的弱点。对于安全可靠的充电系统来说，的充电结束方法是非常关键的。 电池温度监控 可充电电池的充电温度范围通常在0C45C之间，温度超出此范围时，对电池开展充电会导致电池过热。在充电过程中，电池内部的压力升高，因此，电池会膨胀，电池内部的高温和高压会导致电池机械开裂甚至爆炸，或者出现泄露。在0C45C温度范围之外对电池开展充电会损害电池性能，或者缩短其预期寿命。 电池放电电流或反

3、向漏电流 在许多应用中，即使输入电源断开，充电系统仍然与电池相连，因此，充电系统必须保证此时电池的漏电流尽可能小。允许的漏电流应当小于几个mA，比较理想的情况是低于1mA。 图1 电池容量损失与充电电压缺陷的关系 电池充电器设计 考虑到前面的系统因素，可以开发出合适的充电管理系统。 线性解决方案 当输入源稳压良好时，可以采用线性充电解决方案。Microchip的MCP738xx 线性电池充电器系列就是一个线性充电解决方案的例子。在这些应用中，线性解决方案提供了诸多优点，如易于使用、尺寸小以及低成本。 开关式充电解决方案 对于输入电压范围较宽的情况，如无稳压的AC-DC墙式适配器或汽车DC输入，

4、开关式稳压器可以将电池充电器内部的功率损耗降到合理的水平。 选择拓扑构造 开关式稳压器拓扑构造决定了稳压器开关和无源滤波元件的构成。这种构成的差异随拓扑构造的选择而变化，从而要在复杂性、效率、噪声以及输出电压范围之间权衡。电源转换器的拓扑构造很多，但只有几种适用于5W50W范围的电池充电器。 降压稳压器 降压稳压器是电池充电应用的一种常用拓扑构造。降压稳压器具有以下优点和缺点： 优点：1. 复杂性低、单电感构造。2. 对于同步应用，转换效率可达90%。 缺点：1. 降压稳压器MOSFET开关集成的二极管在没有输入电压时会构成一个电池放电通路。因此需要一个额外的阻断二极管，增加额外器件的同时也导致系统中出现额外的压降。2. 降压稳压器的输入电流是脉冲式或间歇的。这种拓扑构造在电源的输入端产生较高的电磁干扰(EMI)。大多数降压稳压器都需要额外的输入EMI滤波。3. 降压稳压器只能比照输入电压低的输出电压开展稳压。有些应用的输入电压范围宽，覆盖到必需的输出电压范围。对于对多节锂离子电池单元组成的电池组开展充电的应用来说，这种情况很常见。4. 发生降压开关短路故障时，输入至电池之间短路。对于不具备电池内部保护的镍氢电池，就会引发安全问题。5. 降压稳压器需要高端驱动(对N通道MOSFET开关)，与低端拓扑构造相比，这会带来更大的复杂性。6. 脉宽调制(PWM)控