利用NTC器件制造快速充電設(shè)備

便攜式電子產(chǎn)品增長(zhǎng)迅速，從手機(jī)和MP3播放器到PDA、個(gè)人DVD播放器以及較為傳統(tǒng)的筆記本電腦，人們開始重新審視消費(fèi)和專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的諸多方面。

　　這種變化在電池技術(shù)方面最為明顯。用戶希望電池能夠滿足日益復(fù)雜的應(yīng)用需求，因此需要更大的電流、更長(zhǎng)的工作時(shí)間。同時(shí)，對(duì)體積小、重量輕產(chǎn)品的需求也十分強(qiáng)勁,電池在任何設(shè)備的體積和重量中都占有相當(dāng)大的比例，因此,制造商非常注意減少其體積和重量。還有一點(diǎn)，就是對(duì)快速充電的要求，即減少用戶等待充電的時(shí)間，最大程度地發(fā)揮移動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。

　　這些要求促使電池制造商轉(zhuǎn)向使用鎳氫和鋰離子等新化學(xué)材料，以獲得更高的功率密度、更輕的重量和更快的充電速度。這些功能，尤其是快速充電，所付出的代價(jià)是增加了復(fù)雜性。新型電池需要精確控制的充電電路，不僅要確保其完全充滿電，而且要盡量延長(zhǎng)其使用壽命，并防止過(guò)熱條件下可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)。

　　電池組件的任何部件發(fā)生故障都可能導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果,絕不僅僅是因無(wú)法供電而導(dǎo)致產(chǎn)品本身無(wú)法使用。最近,一家公司大舉召回了一批筆記本電腦專用電池，估計(jì)造成的損失高達(dá)4億美元。除了可能造成財(cái)務(wù)損失之外，電池還會(huì)導(dǎo)致人身傷害，甚至引發(fā)火災(zāi)。

　　為電池充電(尤其是高能鋰離子電池)設(shè)計(jì)有效的控制策略，需要有良好的設(shè)計(jì)以及合適的元件規(guī)格和采購(gòu)政策。可以采用以下幾種架構(gòu)：對(duì)于鎳氫電池，充電控制回路可以監(jiān)測(cè)(使用各種精確度級(jí)別)電池電壓隨時(shí)間變化的情況。還可以限定最長(zhǎng)充電時(shí)間；或者讓系統(tǒng)監(jiān)測(cè)溫度變化。在多數(shù)情況下，都需要某種溫度監(jiān)測(cè)方法來(lái)提供保護(hù)。

　　鋰離子電池通常使用CCCV(恒流-恒壓)方案,但這仍需要監(jiān)測(cè)溫度以便允許啟動(dòng)快速充電，同時(shí)還需要一種機(jī)制確保在溫度超過(guò)安全臨界值時(shí)停止充電。

　　因此，所有這些控制和保護(hù)策略都應(yīng)包含溫度監(jiān)測(cè)機(jī)制，并將其作為整個(gè)功能體系的固有部分。通常置于充電器或電池內(nèi)的IC可以提供監(jiān)測(cè)和控制功能。但一定要在電池、充電器或者電池倉(cāng)(低成本手機(jī)通常這樣做)中安裝一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器。

　　對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，此類傳感器的選擇范圍并不大。熱電偶類器件需要相對(duì)復(fù)雜的補(bǔ)償電路，這會(huì)導(dǎo)致一些校準(zhǔn)問(wèn)題。此外，它們會(huì)產(chǎn)生幾mV的輸出電壓，需要進(jìn)行信號(hào)調(diào)整,并且易受電磁噪聲的 影響。

　　有時(shí)會(huì)用到鎳或鉑正溫度系數(shù) (PTC) 金屬膜(或線繞)電阻器。它們的長(zhǎng)期穩(wěn)定性比熱電偶類器件更好，并且不易受噪聲干擾。但是，由于它們依賴流經(jīng)自身的電流來(lái)監(jiān)測(cè)溫度，并且通常是低阻抗器件，所以耗電量相對(duì)較高,而且它們對(duì)溫度變化的敏感程度不足以實(shí)現(xiàn)可靠的溫度監(jiān)測(cè)。市場(chǎng)上多數(shù)的線性PTC半導(dǎo)體器件都有這個(gè)缺點(diǎn)。

　　目前，在性價(jià)比合理的前提下，最有效的解決方案是使用NTC(負(fù)溫度系數(shù))熱敏電阻。Vishay提供的NTC類器件是一種簡(jiǎn)潔的解決方案，耗電量極少，在很大的溫度范圍內(nèi)具有非常出色的精確性，而且對(duì)溫度變化的反應(yīng)很迅速。從工程師的角度來(lái)看，這些多種規(guī)格的器件為電氣和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了非常高的靈活性。

　　NTC器件最基本的設(shè)計(jì)和規(guī)格參數(shù)是電阻值(通常是25℃時(shí)的值)和公差。但是，必須記住的是，熱敏電阻的工作原理與溫度密切相關(guān)。因此，工程師要確保其設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能夠在工作溫度達(dá)到極限時(shí)正常使用。在高溫(低阻抗)環(huán)境下，電阻值必須足夠高，這樣才能減少接觸電阻和互連電阻之類的系統(tǒng)錯(cuò)誤。相反，在低溫(高阻抗)環(huán)境下，如果通過(guò)熱敏電阻的電流不夠大，敏感度則會(huì)下降。

　　公差通常用℃表示，可以作為器件測(cè)量溫度精確性的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。在少數(shù)情況下，制造商會(huì)給出以電阻值表示的公差，即在給定溫度下器件電阻與其預(yù)期電阻值的接近程度。對(duì)于詳細(xì)規(guī)格制定者和購(gòu)買方來(lái)說(shuō)，記住下面一點(diǎn)非常重要，即特定設(shè)計(jì)的公差要求可以限制在特定溫度下，也可以限制在稍微寬泛的溫度范圍內(nèi)。在第二種情況下，公差本身會(huì)隨器件絕對(duì)電阻值的變化而變化。設(shè)計(jì)人員需要使用為器件指定的負(fù)溫度系數(shù)計(jì)算整個(gè)溫度范圍內(nèi)的電阻公差，從而確保所選的元件滿足系統(tǒng)的測(cè)量精度要求。

　　在工作溫度范圍內(nèi)，器件的性能依賴于其本身的材料和結(jié)構(gòu)，并由第三類基本規(guī)格，即器件的R-T曲線來(lái)描述。Vishay目前按照15種不同標(biāo)準(zhǔn)曲線生產(chǎn)器件。

　　在訂購(gòu) NTC 類器件時(shí)，設(shè)計(jì)師經(jīng)常僅指定電阻、公差和標(biāo)準(zhǔn)曲線。但是，在很多情況下其它參量才是確保系統(tǒng)按預(yù)期工作的關(guān)鍵。最重要的參量之一是b值，表示器件的電阻隨溫度變化的敏感度，同樣重要的是該參量的標(biāo)定公差。Vishay的器件具有非常出色的b值和公差，能夠帶來(lái)更高的精確度和更好的總體系統(tǒng)可靠性，而且在器件的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)都具有良好的性能。

　　最后，經(jīng)常被買方忽略的一點(diǎn)是，NTC 類器件需要緊密地安裝在所要求的溫度測(cè)試點(diǎn)上。這意味著元件必須能夠經(jīng)受得住現(xiàn)代制造工藝的物理性應(yīng)力，尤其是在用于符合 RoHS 規(guī)范無(wú)鉛工藝中溫度曲線陡變的情況下。憑借在此領(lǐng)域內(nèi)多年的經(jīng)驗(yàn)，Vishay公司的NTC SMD的設(shè)計(jì)全面考慮了所有這些與應(yīng)用相關(guān)的參數(shù)。

　　電池技術(shù)仍將不斷發(fā)展。但即使是體積更小、壽命更長(zhǎng)的新興鋰聚合物技術(shù)，也仍需要在控制回路和保護(hù)電路中監(jiān)測(cè)溫度。因此，成本低、精度高、體積小并且堅(jiān)固耐用的NTC 類器件即使不被推崇，也仍是此類應(yīng)用中至關(guān)重要的元件。