鋰離子電池充放電安全簡(jiǎn)介及電池檢測(cè)設(shè)計(jì)

　　當(dāng)輸入電源重置、EN信號(hào)觸發(fā)時(shí)，皆能解除充電計(jì)時(shí)保護(hù)時(shí)間，使其重新計(jì)時(shí)。

　　充電指示狀態(tài)

　　圖4中，STAT1(Pin 12)及STAT2(Pin 13)內(nèi)部為兩個(gè)Open-Drain的N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)開關(guān)，必須和VREF33腳位(Pin 7)或與其他有Pull-Up電阻的偏壓電源連接，其動(dòng)作情形如表2所示。

　　圖4 AIC6511典型應(yīng)用電路

　　表2 充電指示狀態(tài)表

　　輸入電源檢測(cè)防止電池漏電流倒灌

　　AC Adapter或USB兩種不同輸入電源皆可對(duì)電池充電。若同時(shí)接上AC Adapter及USB電源，IC內(nèi)部開關(guān)會(huì)優(yōu)先選擇AC Adapter端做為充電器的輸入電源;然而，應(yīng)避免此情況發(fā)生。

　　.ACIN

　　圖4中供一般插座之Adapter電源于VIN腳位(Pin 2)輸入，在ACIN充電模式下，能以高達(dá)2安培(A)之充電電流對(duì)電池進(jìn)行充電，最大充電電流由RS1電阻設(shè)定。

　　.USBIN

　　USBIN腳位(Pin 5)供USB電源輸入。在選擇USBIN充電模式時(shí)，其輸入限制電流由RILIM電阻設(shè)定，設(shè)定500毫安(mA)適用于USB 2.0,900毫安適用于USB 3.0.

　　當(dāng)使用USBIN模式時(shí)，CC Charge電流會(huì)隨不同輸入電壓和電池電壓變動(dòng)，藉由檢測(cè)在CC Charge時(shí)流經(jīng)RS1電阻的電流來(lái)調(diào)節(jié)其固定輸入限制電流IUSB_LIM.在充電過(guò)程中，若將AC Adapter及USB電源移除，IC內(nèi)部開關(guān)皆會(huì)截止并啟動(dòng)防倒灌保護(hù)功能，防止電池漏電流逆向倒灌回輸入電源端。

　　充電電流設(shè)定

　　本文范例芯片提供USB及AC Adapter兩種輸入電源模式選擇對(duì)電池充電，其充電電流設(shè)定如下：

　　.ACIN充電電流：

　　透過(guò)圖4中RS1電阻可設(shè)定高達(dá)2安培的最大充電電流(Maximum Charge Current)。

　　……(A)

　　.Trickle or Pre-Charge充電電流：

　　不論是ACIN或USBIN,其充電電流(Pre-Charge Current)約為10%的最大充電電流。

　　……(A)

　　.USBIN輸入限制電流：

　　透過(guò)RILIM電阻可設(shè)定其輸入限制電流(USBIN Input Current Limit)。

　　……(mA)

　　NTC熱敏電阻維持電池溫度安全

　　負(fù)溫度系數(shù)(Negative Temperature Coefficient, NTC)熱敏電阻的阻值與溫度成反比，會(huì)因高溫遞減、低溫遞增，且溫度系數(shù)非常大，可用于檢測(cè)微小的溫度變化，因而被廣泛的應(yīng)用在溫度的量測(cè)與補(bǔ)償控制。

　　圖5為電池溫度檢測(cè)電路，透過(guò)圖4中NTC腳位(Pin 14)檢測(cè)NTC熱敏電阻的電壓，充電IC能持續(xù)檢測(cè)電池的溫度，確保電池溫度的安全操作范圍。

　　圖5 電池溫度檢測(cè)電路

　　由NTC腳位(Pin 14)上的電壓與NTC高低溫位準(zhǔn)比較，可得知電池操作溫度是否正常;一旦檢測(cè)到電池溫度超過(guò)正常操作溫度范圍，會(huì)立即關(guān)閉內(nèi)部的同步降壓器并停止充電動(dòng)作;當(dāng)電池溫度回復(fù)至正常溫度范圍時(shí)，充電器將重新恢復(fù)充電動(dòng)作。

　　內(nèi)建的NTC磁滯溫度比較器，可接受的電壓范圍為32?74%的VREF33.假設(shè)選用103AT-2型號(hào)的熱敏電阻做為溫度傳感器(操作溫度為-10?40℃，阻值RTL與RTH為5.827千歐姆(kΩ)與42.470千歐姆)，RTL為熱敏電阻在低溫時(shí)的電阻值，RTH為熱敏電阻在高溫時(shí)的電阻值，根據(jù)所選用型號(hào)的熱敏電阻在高低溫時(shí)不同的電阻值，再與RT1及RT2配合，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，可推算出RT1、RT2的電阻值，計(jì)算方式如下：

　　……(熱敏電阻103AT-2)

　　……(NTC高溫磁滯位準(zhǔn))

　　……(NTC低溫磁滯位準(zhǔn)) 整理后可得：

　　……(kΩ)

　　……(kΩ)

　　RT1及RT2選用12千歐姆和5千歐姆，即可完成NTC保護(hù)功能。

　　若在NTC腳位(Pin 14)輸入介于NTC高低限電壓位準(zhǔn)范圍內(nèi)的固定電壓時(shí)，可使電池溫度檢測(cè)功能除能。

　　過(guò)溫度保護(hù)防止充電過(guò)熱

　　過(guò)溫度保護(hù)(Thermal Shutdown Protection)可避免IC在充電時(shí)發(fā)生過(guò)熱情形。

　　此功能透過(guò)監(jiān)測(cè)充電IC的接面溫度(Junction Temperature, TJ)，一旦發(fā)現(xiàn)TJ的溫度已達(dá)到過(guò)溫度點(diǎn)(Thermal Shutdown Threshold, TSHTDWN)約150℃左右時(shí)，IC便會(huì)立即關(guān)閉充電器，使其停止充電;待TJ溫度降至約130℃時(shí)，IC才會(huì)重新啟動(dòng)。

　　選用合適充電IC 鋰離子電池充電器更穩(wěn)定

　　本文范例IC為開關(guān)切換式鋰離子電池充電器，內(nèi)部為同步降壓型轉(zhuǎn)換器架構(gòu)，不須加裝額外的開關(guān)及二極管，能提供USB及AC Adapter兩種輸入電源模式選擇對(duì)電池充電，并具備充電保護(hù)功能。

　　由于鋰離子電池的電氣特性較鎳氫、鎳鎘電池穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)充電器方面也相對(duì)容易，只要先了解鋰離子電池的相關(guān)規(guī)格、再依需求選擇合適的充電IC(圖6)，就能輕松地設(shè)計(jì)一個(gè)鋰離子電池充電器。

　　圖6 充電IC可檢測(cè)電池充電情形，使充電器兼顧效能與安全性