电池基电源管理系统的设计分析
充电器
充电器通常指的是一种将交流电转换为低压直流电的设备。充电器在各个领域用途广泛,特别是在生活领域被广泛用于手机、相机等等常见电器。充电器是采用电力电子半导体器件,将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合,充电器具有广泛的应用前景。
充电器有很多,如铅酸蓄电池充电器、阀控密封铅酸蓄电池的测试与监测、镉镍电池充电器、镍氢电池充电器、锂离子电池充电器、便携式电子设备锂离子电池充电器、锂离子电池保护电路多功能充电器、电动车蓄电池充电器、车充等。
充电器按能源使用方式分类
普通充电器:用普通家庭用电等通过变压器提供能源。
太阳能充电器:利用太阳能面板收集太阳能
无线充电器:利用电磁耦合等原理
手摇充电器:利用人力
干电池应急充:利用1节到几节干电池,提供应急充电,一般大概能提供十几分钟的电能。
用充电器给电池充电时,一定要按电池的充电说明书选用合适规格的充电器,并正确连接。否则会出现用电器损坏或安全事故,建议选用智能型充电器,因为其保护完善。一般不会出现事故。
二次电池的充电和放电能力是用“C”表示,指示安培一小时(Ah)。实际的电池能力依赖于C率和温度。大多数便携电池额定为1C。1C放电汲取等于额定能力的电流。
可重新充电电池的性能和寿命主要依赖于充电器的质量。一种充电器(只用于NiCd)加约0.1C固定充电率。一个较快的充电器用大约0.3C充电率可耗时3~6小时。
NiMH电池充电器也适合于NiCd电池,但反之不行。锂基电池充电器需要更严格的算法和电压。对于大多数锂电池组,1C以上充电是不可能的,因为保护电路限制电路限制电池可接受的电流量。
Li-ion电池在达到满充电时,每个电池都具有严格的电压、电压容限,而且无涓流或浮充电。在1C起始电流对Li-ion电池充电需要3小时左右。在达到上限电压阀值以及电流下降和电平超过额定充电电流大约30%时,满充电会发生。增大Li-ion充电电流对缩短充电时间会有点影响。尽管用较高的电流可更快地达到电压峰值,但充电耗时会比较长。Li-ion电池不能吸收过充电,过充电会导致电池过热。Li-ion恒流恒压(CCCV)对于保证最大能量到电池而不过压是重要的。
电压稳压器与电池的匹配
电池输出连接到电压稳压器IC的输入,电压稳压器系统负载提供稳定的电压。稳压器芯片在电池电压下降时能使电池基系统工作正常。
有3种电压稳压IC拓扑用于电池基系统:开关模式,低压降(LDO)和电荷泵。没有单个电压稳压器IC拓扑适合所有电池基应用。因此,对具体的应用应选择合适的电压稳压器拓扑。
开关稳压器
开关稳压器IC接收dc输入并用脉宽调制(PWM)来控制功率半导体开关的导通和截止时间。然后,整流和滤波开关输出,从而提供dc 输出电压。dc输出部分与稳压的基准电压进行比较,而任何相应的误差信号导致PWM电路来保持恒定的输出电压。
图1示出通常用于便携系统电压稳压的一个简化、隔离开关电源。此电源是隔离的,这是因为从输入到输出无直通的dc通路,图中的变压器提供隔离。开关电源也可以是非隔离式的,这意味着输入和输出间存在直通的通路。开关稳压器的效率是一个重要的特性,特别是对于电池基系统而言更是这样。对效率有主要影响的是相关的功率半导体开关,它的导通电阻、工作电流和开关速度决定效率。
影响效率的另一因素是输出整流器配置。一些电压稳压器IC采用外部肖特基整流器。应由快速开关功率MOSFET构成的同步整流器(图2)替代肖特整流器,这可改善效率。
现在开关稳压器IC工作在100KHz~2MHz,这会产生影响效率的另外因素。稳压器所采用的磁元件(电感器和变压器 )在开关频率必须有最小的功耗。更快的开关频率考虑采用物理尺寸更小的外部元件,较高的开关频率可导致
评论