便攜式電子裝置電池的充電管理
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
摘要：結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，簡要介紹了幾種充電電池的不同特性，及BQ2000充電管理芯片的應(yīng)用以及使用中的注意事項(xiàng)。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/179731.htm關(guān)鍵詞：充電電池；充電管理；集成電路BQ2000
Management of Chargeable Batteries for Portable Electronic Devices
WU Zhan-xian
Abstract:The different property of some chargeable batteries,the applications of IC BQ2000 for management of chargeable batteries,and the key point in use are introduced by applied examples.
Keywords:Chargeable battery; Management of chargeable batteries; IC BQ2000
1 引言
隨著科技的進(jìn)步，個(gè)人電子裝置正日新月異、突飛猛進(jìn)地向前發(fā)展。手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等便攜式裝置己越來越變成人們生活的必需品。便攜式裝置配備的現(xiàn)代化學(xué)電池對充電管理要求是比較嚴(yán)格的。如果能從充電控制、安全、體積及成本諸方面考慮，為這些現(xiàn)代化學(xué)電池提供優(yōu)質(zhì)的充電管理，對最終用戶來說，比使用一次性電池更為方便，又能降低使用成本；對制造商來說，也能增加自己的競爭力。
本文以TI公司研制的多化學(xué)結(jié)構(gòu)電池充電管理集成電路BQ2000為例，探討便攜式電子裝置配備的電池充電控制的最新技術(shù)。
2 便攜式裝置可充電電池及其充電技術(shù)現(xiàn)狀
現(xiàn)在應(yīng)用的可充電電池有多種多樣，其中鎳鎘(Ni-Cd)、鎳金屬氫(Ni-MH)和鋰離子(Li-Ion)電池是其中的三大競爭者，表1列出了它們各自的特點(diǎn)。
表1 3種 可 充 電 電 池 的 特 性 比 較
| 電池特性 | Ni-Cd | Ni-MH | Li-Ion |
|---|---|---|---|
| 能量密度Wh/kg | 40 | 60 | 90＋ |
| 工作電壓/V | 1.2 | 1.2 | 3.6 |
| 開路電壓/V | 1.3 | 1.3 | 3.6 |
| 快充電流 | 1C | 1C | 1C |
| 充電方法 | 恒流法 | 恒流法 | 先恒流，再恒壓 |
| 基本充電終結(jié)法 | PVD | PVD或ΔT/Δt | 最小電流法 |
| 放電電壓范圍/V | 1.0～1.2 | 1.0～1.2 | 3.0～3.8 |
| 月平均自放電率 | 15％ | 20％ | 6％ |
從表1可看出，Ni-Cd電池的能量密度最低，而Li-Ion電池能量密度最高。就成本而言，Ni-MH電池居于其余兩者之間，由于Ni-MH電池近幾年來性能有長足的改進(jìn)，因而需要較高能量密度的場合，Ni-MH電池具有較強(qiáng)的成本競爭力。
便攜式裝置的制造商利用各種電池的不同特性來實(shí)現(xiàn)他們的產(chǎn)品性能和成本目標(biāo)，以便在市場上較好地定位和區(qū)分他們的產(chǎn)品。這些電池不同的性價(jià)比也使得制造商為同產(chǎn)品提供多種電池組選擇，使消費(fèi)者可根據(jù)自身的需要來選擇適合的電池。這樣一來電池多樣化的局面便形成了，而各種充電裝置也必須支持多種化學(xué)電池的充電方法。
圍繞電池充電這一問題，人們想了不少辦法，各種充電控制方法應(yīng)運(yùn)而生。以前，一般都是采用一些常用的集成電路和分立電子元器件搭構(gòu)成具有一定功能的裝置，對充電電壓或充電電流加以控制。
對于現(xiàn)代Ni-Cd、Ni-MH及Li-Ion電池的再充電，其典型的控制方法是用一個(gè)具有模/數(shù)變換的微處理器，不同的開關(guān)變換器充電控制電路及帶溫度補(bǔ)償?shù)牟煌碾妷夯鶞?zhǔn)，加上有關(guān)鎳基和鋰基化學(xué)的相應(yīng)知識(shí)來設(shè)計(jì)預(yù)充電判定、狀態(tài)處理、充電計(jì)算和維護(hù)充電的技術(shù)來進(jìn)行。完成這樣的充電控制，成本是比較昂貴的，工藝也比較復(fù)雜，充電器體積相對來說也較大。為了降低成本，縮小體積，減少設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，BENCHMARK公司（已被TI收購）研制了一種全集成且能為多種化學(xué)結(jié)構(gòu)電池充電進(jìn)行管理的，半導(dǎo)體集成電路BQ2000。
3 BQ2000簡介
BQ2000是一種8腳開關(guān)型充電控制集成電路，適用于多種化學(xué)結(jié)構(gòu)電池的充電管理，能實(shí)現(xiàn)高精度充電控制。它簡化了LiIon、NiCd和NiMH電池的充電過程，把必要的功率轉(zhuǎn)換和多種化學(xué)結(jié)構(gòu)電池的充電控制算法及其它許多現(xiàn)代化學(xué)電池充電需要的功能電路制作到同一塊半導(dǎo)體集成電路芯片上。
其主要特點(diǎn)如下：
——可對鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池進(jìn)行安全充電管理；
——高頻開關(guān)模式控制器使得充電效率可達(dá)90％以上；
——可防止對電池組的過充電和欠充電；
——初充電模式可檢測電池短路、損壞以及電池過熱；
——快速充電結(jié)束方式，對鎳基電池可選擇為峰值電壓（PVD）和最長時(shí)間關(guān)斷模式，對鋰電池可選擇為最小電流和最長時(shí)間關(guān)斷模式；
——可編程的涓流充電方式，使嚴(yán)重虧電電池得以恢復(fù)，并有過充維護(hù)功能；
——補(bǔ)足充電模式可使鎳氫電池達(dá)到最大容量；
——電池組放入與取出檢測；
——低功耗的休眠方式。
圖1是BQ2000的管腳排列圖，而圖2則是其簡略功能方框圖。
圖1 BQ2000管 腳 排 列 圖
圖2 BQ2000功 能 方 框 圖
各管腳功能如下:
腳1（SNS） 充電電流檢測輸入端（此端口利用與電池組相串聯(lián)的檢測電阻上的電壓來限制充電電流）。
腳2（Vss） 電源地。
腳3（LED） 充電狀態(tài)輸出端。用一只外接發(fā)光二極管的亮、暗及閃爍來顯示不同的充電狀態(tài)。
腳4（BAT） 電池電壓的輸入端。由一個(gè)加在充電電池兩端的電阻分壓器，產(chǎn)生此電池的電壓檢測輸入信號。
腳5（Ts） 溫度檢測輸入端。是充電電池組溫度檢測電路的輸入，它由外接電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻組成，用于設(shè)定高低溫度的閾值。
腳6（RC） 定時(shí)器的程序輸入。在充電循環(huán)中，RC輸入為最大充電時(shí)間，對關(guān)斷周期和涓流充電率進(jìn)行編程，且可控制有無補(bǔ)足充電模式。
腳7（Vcc） 芯片電源引入引腳。
腳8（MOD） 充電控制輸出端。用來控制電池的充電電流。
評論