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          鋰離子電池手機充電器現(xiàn)況及前景

          作者: 時間:2004-12-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          作者Email: zhh@httc.com.cn

          【摘要】本身的良好特性,使得其在便攜式產(chǎn)品中(、筆記本電腦、PDA等)的應(yīng)用越來越廣泛,用于在設(shè)計和功能上也日趨完善。本文主要介紹了的市場、發(fā)展,以及目前流行的電路設(shè)計。

          【關(guān)鍵詞】鋰離子電池、

          一、引言

          鋰離子電池具有較高的能量重量比和能量體積比,無記憶效應(yīng),可重復(fù)充電次數(shù)多,使用壽命較長,價格也越來越低。它的這些特點促進了便攜式產(chǎn)品向更小更輕的方向發(fā)展,使得選用單節(jié)鋰離子電池供電的產(chǎn)品也越來越多。
          鋰離子電池的不足之處在于對充電器的要求比較苛刻,對保護電路的要求較高。其要求的充電方式是恒流恒壓方式,為有效利用電池容量,需將鋰離子電池充電至最大電壓,但是過壓充電會造成電池?fù)p壞,這就要求較高的控制精度(精度高于1%)。另外,對于電壓過低的電池需要進行預(yù)充,充電終止檢測除電壓檢測外,還需采用其他的輔助方法作為防止過充的后備措施,如檢測電池溫度、限定充電時間,為電池提供附加保護。由此可見實現(xiàn)安全高效的充電控制成為鋰離子電池推廣應(yīng)用的瓶頸。

          鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓,從而保證電池安全充電。增加其它充電輔助功能是為了改善電池壽命,簡化充電器的操作,其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充電完成后關(guān)斷充電器、電池部分放電后自動啟動充電等。所有或者部分這些功能都可以在充電芯片中實現(xiàn),當(dāng)然,也可利用ASIC、分立器件、或在微處理器的基礎(chǔ)上用軟件實現(xiàn)。

          二、國內(nèi)充電器市場情況

          目前,市場上手機充電器種類繁多,但其中也有很多質(zhì)量低劣的不合格產(chǎn)品。在去年產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查結(jié)果中,將近40%的廠家生產(chǎn)的充電器不合格。其主要問題出現(xiàn)在: 與交流電網(wǎng)電源的連接,電源端子騷擾電壓,輻射騷擾場強和充電電壓幾個方面。另外,一些產(chǎn)品的低溫性能、額定容量、放電性能、安全保護性能等方面存在質(zhì)量問題。這些質(zhì)量問題會影響到手機的正常使用,還會影響手機的使用壽命,嚴(yán)重時還可能傷害消費者。

          現(xiàn)在市場上發(fā)現(xiàn)有一些假冒偽劣手機電池便攜式充電器。這些充電器由于價格非常低,攜帶方便,有許多手機用戶更愿意使用這些充電器來對電池進行充電。劣質(zhì)充電器實際上就是一個沒有安全保證的簡易變壓器,由于內(nèi)部缺少保護電路等保證安全的零配件,因而重量較原裝品輕很多。但實際上,由于現(xiàn)在的手機電池多采用鋰離子電池或鎳氫電池作電芯,對充電器的電壓、電流特性及安全保護有很高的要求。這些假冒偽劣充電器由于設(shè)計簡單,采用劣質(zhì)材料,加工手段粗糙,對手機電池的性能和壽命有很大損害。沒有保護電路的充電器,由于不能保證充電時電流的穩(wěn)定,因而會有燒壞電池甚至爆炸的危險。

          目前手機充電器主要有旅行充電器,座式充電器和車載充電器。廠家生產(chǎn)的原裝旅行充電器和座式充電器,設(shè)計上都采用越來越精密的保護電路或開關(guān)電路設(shè)計,對電池的充電起到了良好的保護作用。車載充電器可以方便用戶在汽車上為手機充電,一端插入點煙器,另一端連接手機,但不宜在汽車中長期充電,因為汽車中溫度較高。

          三、手機充電器的市場走向

          1. 目前,手機充電器可分為單槽形狀和雙槽型充電器,單槽形充電器正在受到雙槽形的攻擊。雙槽形充電器除了具有慢速充電、快速充電、放電及鎳鎘、鎳氫電池兼充的標(biāo)準(zhǔn)功能外,還有部分產(chǎn)品帶有自動溫度控制與電壓控制,嚴(yán)防過充的新功能,因而消費者應(yīng)將傾向于選擇雙槽型充電器。

          2. 隨著手機種類的日益增多,各種充電器因機型不同,電源端口的大小也不相同,從而不能互換使用,給消費者帶來了不便。標(biāo)準(zhǔn)型充電器,是指可以連接所有手機底端電源插座(端口)的充電器。而且,生產(chǎn)的手機的電源端口將統(tǒng)一為適用于標(biāo)準(zhǔn)充電器的規(guī)格。這樣,消費者將不必在每次換手機時同時購買新的充電器。由此可見,充電器在從坐式向便攜式、雙槽式等方向發(fā)展的同時,也開始向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的方向發(fā)展。

          3. 手機充電器的待機耗電量的降低逐步成為充電器的設(shè)計過程中的一個重要環(huán)節(jié)。相比于以前的充電器,今后生產(chǎn)的產(chǎn)品將會在各項功能完善的同時進一步降低本身的待機耗電量。為了達到這一目標(biāo),可以設(shè)計一個判斷AC適配器是否連接負(fù)荷(手機)的IC,當(dāng)未連接負(fù)荷時,將AC適配器的直流輸出方(2級電路)切換到高阻抗電路上。通過采取這一措施可以大幅減少待機時2級電路的消耗電流(可以達到數(shù)十μA)。另外,還可以在輸入交流100V方(1級電路)中設(shè)置切換電路。在未連接負(fù)荷時,通過開關(guān)切換電路來減少供應(yīng)給直流輸出方(2級電路)的功率從而減少耗電量。

          4.現(xiàn)在市場上的大部分充電器,只是針對鋰電池或鎳氫電池充電的,但是隨著市場的發(fā)展,自動識別兩種電池而進行相應(yīng)的充電進程的充電器正在逐步占據(jù)主流。可以自動分辨鋰電池或鎳氫電池的座充能“防止將鋰電放電的錯誤動作”,如果在充鋰電池時不小心按到了座充上的“放電鈕”,好的座充可以辨識出來是鋰電池,因此不會做放電動作;差的座充則不管三七二十一地進行放電,這就會造成鋰電池壽命的折損。

          四、手機充電器的設(shè)計要求

          目前一些大的廠家生產(chǎn)的手機充電器都具有以下特點: 寬范圍AC輸入或多國電壓可選;具備限流保護,電流短路與反充保護線路設(shè)計;體積小、重量輕;自動、快速充電,充滿電后自動關(guān)斷等等。另外,有的充電器還有自動識別鋰離子、鎳氫、鎳鎘電池組;具有放電功能;LED 充電狀態(tài)顯示;低噪聲;模擬微電腦控制系統(tǒng)等特點。
          使用智能控制的充電器模塊框圖一般如下:

          五、手機充電器工作流程

          目前手機充電器的工作流程一般為:

          1.檢測電池的電壓,如果低于一個閾值電壓,就要進行涓流充電;

          2.電池充到一定電壓(一般設(shè)置為2.9V)時,進行全電流充電;

          3.當(dāng)電池電壓達到預(yù)置電壓(鋰離子電池一般為4.2V)時,開始恒壓充電,同時充電電流降低;

          4.當(dāng)電流逐漸減小到規(guī)定的值時,充電過程結(jié)束。

          以美國TI公司的BQ2057為例,其充電流程如下:

          除了上面的流程描述,它還具有可選的電池溫度監(jiān)測,利用電池組溫度傳感器連續(xù)檢測電池溫度,當(dāng)電池溫度超出設(shè)定范圍時BQ2057關(guān)閉對電池充電。而且,充電狀態(tài)識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實現(xiàn),具有自動重新充電、最小電流終止充電、低功耗休眠等特性。

          一般來說,恒壓充電結(jié)束時的小電流充電過程中,電流的大小一般為恒流充電時電流的十分之一。目前在鋰離子電池充電器的設(shè)計中,對手機充電結(jié)束后由于某種因素放電的情況而專門設(shè)計了檢測電路,一旦檢測到電池電壓降低,就會重新啟動充電過程(見上圖)。

          其典型的充電曲線如圖所示:

          綜上所述,隨著便攜式產(chǎn)品突發(fā)猛進的發(fā)展,尤其是手機的普及,以及鋰離子電池的廣泛應(yīng)用,鋰離子電池充電器的設(shè)計和功能面臨著進一步的改善。對于眾多充電器生產(chǎn)廠家來說,盡早設(shè)計出功能完善、安全實用的充電器,就能更早的在市場中占據(jù)領(lǐng)先地位,搶占商機。



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