大容量锂电池的充电(04-100)

　　新型便携式电子设计正在不断提升系统性能，设计人员添加新的特性，系统的功率要求也随着其性能提高而增长。这种趋势也导致对容量极大的锂离子电池组进行开发，因为它们能提供充分的系统运行时间。对于大多数便携式消费类产品而言，锂离子电池已经成为首选电源。它们与其他类型的电池相比有很多优越性，如能量密度更高和电池电压更高。但是，随着电池可用容量增大以满足当今不断增长的功率要求，用户对于缩短电池充电时间及缩小电池体积的要求随之增加。实现这些要求成为设计人员面临的重大挑战。

　　锂离子或锂聚合物电池组的最佳充电速率为1C，这意味着一个1000 mAh的电池组要以1A的电流进行快速充电，以这种速率充电可以实现最短的充电时间，而且不会降低电池组的性能及缩短使用寿命。对于容量不断增加的电池组，欲达到这种满意的充电速率，提高充电电流值是不可避免的。这就导致设计上的一些重大难题，其中最重要的是在充电管理控制器IC内以及在系统板上产生的热量问题。为了解决这些问题，必须进行周密细致的散热设计。下面的分析将表明，在充电管理IC上由集成通路晶体管耗散掉大部分热量，它在很多情况下都是设计性能和运行范围的一个限定因素。

　　一节和两节锂电池应用中最常用的充电器类型是线性电池充电器，其功耗可以由下式算出：

　　PD=(VDD-VBATTERY)× ICHARGE

　　其中PD：功耗

　　VDD：输入(适配器)电压

　　VBATTERY：电池电压

　　ICHARGE：快速充电电流

　　上面的公式表明，当输入电压与电池电压之差以及充电电流都高时，最糟的情况就会出现。我们来计算一种典型情况下的功耗，这种情况是汽车适配器或墙上适配器提供5V±10%的供电电压，电池电压为3.0V，而快速充电电流是1A(即对1000 mAh电池以1C的充电速率充电)。在这种情况下功耗为：

　　PD=(5.5V-3.0V)× 1A = 2.5W

　　MCP7384X提供±0.5%的电压调节精度(最大值)。由于电池充电过度和充电不足都会降低电池的性能并缩短使用寿命，所以充电管理控制器IC为电池提供高精度的电压是非常重要的。超过充电结束电压虽然在短期来说能使可用电池能量增加，但是，持续的过度充电会使可用充电次数明显减少，或引发安全问题。另一方面，充电不足会减少电池的可用容量，从而缩短了电池的可用时间。因此，提供精确调节的电压可充分利用电池容量，而且保证使用的安全性。图2和图3表明，只要电压精度稍有降低，电池容量就会大大减小。