為何大容量鋰電池需要大功率充電器?
針對于“為何大容量鋰電池需要大功率充電器”本文進行了簡要分析,供讀者參考。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201808/387841.htm怎樣得到更大的功率
很多手持式工業(yè)或醫(yī)療設(shè)備的電源架構(gòu)常常與大顯示屏智能手機的電源架構(gòu)類似。一般情況下,3.7V(最終充電或“浮置”電壓為4.2V)鋰離子電池一直用作主電源,因為其單位重量能量密度 (Wh/kg) 和單位體積能量密度 (Wh/m3) 很高。過去,很多大功率設(shè)備使用兩節(jié) 7.4V (8.4V浮置電壓) 鋰離子電池,以滿足功率要求,但是由于價格低廉的 5V 電源管理IC的上市,越來越多的手持式設(shè)備采用了更低電壓的架構(gòu),這使得可以使用單節(jié)鋰離子電池。典型的便攜式醫(yī)療或工業(yè)設(shè)備具有很多功能和非常大(就便攜式設(shè)備而言)的顯示屏。當(dāng)用3.7V 電池供電時,其容量必須以數(shù)千毫瓦小時計。為了用幾小時給這么大容量的電池充電,就需要幾安培的充電電流。
磷酸鐵鋰電池較低的 3.6V 浮動電壓導(dǎo)致無法使用標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子電池充電器。如果充電不當(dāng),就有可能對這種電池造成無法修復(fù)的損壞。準(zhǔn)確的浮動電壓充電將延長電池的壽命。與基于鈷的鋰離子電池相比,LiFePO4 電池的優(yōu)點包括體積能量密度較高,而且不容易過早地出現(xiàn)故障。
主要設(shè)計限制總結(jié)如下:
·大容量電池需要大的充電電流和高效率
· 很多便攜式應(yīng)用,包括工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備,都需要 USB 兼容充電所提供的便利性
· 磷酸鐵鋰電池有特殊充電要求,即更低的浮置電壓,與鋰離子電池相比有一些令人欣慰的優(yōu)勢
上面討論的任何滿足這些設(shè)計限制的 IC 解決方案都必須是緊湊和單片型的,能應(yīng)對快速、高效率給單節(jié)大容量電池充電的問題,并與磷酸鐵鋰等新的化學(xué)組成兼容。這樣的設(shè)備會成為催化劑,能提高采用大容量電池的便攜式工業(yè)和醫(yī)療產(chǎn)品在全球的采用率。
應(yīng)對采用單節(jié)電池的便攜式設(shè)備的功率挑戰(zhàn)
盡管上述要求也許看似不可能用單片 IC 來滿足,但是看一下 LTC4156 吧。LTC4156 緊隨流行的、基于鋰材料的 LTC4155 而來,是一款大功率、I2C 控制、高效率電源通路 (PowerPath™) 管理器、理想二極管控制器和磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電池充電器,適用于采用單節(jié)電池的便攜式應(yīng)用,例如便攜式醫(yī)療和工業(yè)設(shè)備、備份設(shè)備和高功率密度電池供電應(yīng)用。該 IC 為從各種電源高效率傳送高達 15W 的功率而設(shè)計,同時最大限度地降低了功耗,并減輕了熱量預(yù)算限制。LTC4156 的開關(guān)電源通路拓撲無縫地管理從兩個輸入電源,例如交流適配器和 USB 端口,到設(shè)備的可再充電磷酸鐵鋰電池的功率分配,同時當(dāng)輸入功率有限時,優(yōu)先向系統(tǒng)負載供電。參見圖 1。
圖 1:LTC4156 的典型應(yīng)用電路
由于節(jié)省功率,所以 LTC4156 允許輸出負載電流超過輸入電源吸取的電流,從而能最大限度地利用可用功率給電池充電,而不會超出輸入電源供電規(guī)格。例如,當(dāng)用 5V/2A 交流適配器供電、可用功率為 10W 時,該 IC 的開關(guān)穩(wěn)壓器能高效率傳送超過 85% 的可用功率,提供高達 ~2.4A 的充電電流,并能更快速地充電。與普通開關(guān)電池充電器不同,LTC4156 具備即時接通工作能力,以確保甚至在電池已深度放電時,一插上插頭系統(tǒng)就可以供電。由于支持 USB OTG (On-the-Go),所以無需任何額外的組件,就能反過來向 USB 端口提供一個 5V 電源。
LTC4156 的自主全功能單節(jié)磷酸鐵鋰電池充電器能提供高達 3.5A 的充電電流,具備 15 種用戶可選的充電電流設(shè)置。該充電器包括自動再充電、壞電池檢測、可編程安全定時器、熱敏電阻控制的溫度合格的充電、可編程充電結(jié)束指示 / 終止以及可編程中斷。LTC4156 采用扁平 (0.75mm) 28 引腳 4mm x 5mm QFN 封裝,在 -40°C 至 125°C 的溫度范圍內(nèi)工作有保證。
高效率內(nèi)部開關(guān)穩(wěn)壓器
LTC4156的開關(guān)穩(wěn)壓器工作起來像一個變壓器,允許 VOUT 端的負載電流超過輸入電源吸取的電流,而且與典型線性模式充電器相比,充分利用可用功率給電池充電的能力得到了極大的改善。前述例子說明,LTC4156 可以怎樣以高達 3.5A 的電流高效地充電,從而實現(xiàn)了更快的充電速度。與普通開關(guān)電池充電器不同,LTC4156 具備即時接通工作能力,以確保甚至在電池沒電或已深度放電時,一插上電源就可向系統(tǒng)供電。
圖 2:LTC4156 VOUT 效率隨負載電流變化的曲線
對電池而言更安全
在對電池快速充電時,監(jiān)視電池的安全性是很重要的。當(dāng)電池溫度降至低于 0°C 或升至高于 60°C 時 (如一個外部負溫度系數(shù)的 NTC 熱敏電阻所測得的那樣) ,LTC4156 會自動停止充電。除了這一自主性功能,LTC4156 還提供一個擴展標(biāo)度的 7 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) ,以憑借約 1°C 的分辨率監(jiān)視電池溫度 (參見圖 3) 。這個 ADC 與 4 個可用的浮置電壓設(shè)置和 15 個電池充電電流設(shè)置相結(jié)合,可用來建立基于電池溫度的定制充電算法。
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