便携式设备需要高性能电池充电器

近年来便携式设备的激增突显了对小型高效电池和电池充电器的需求。电池技术取得了巨大进步，锂离子（Li+）和锂聚合物现在已成为更受欢迎的电池化学成分。为了从这种电池中获得最大性能，设计人员一直专注于电池充电器。反过来，充电器与电池技术保持同步，能够充分利用电池容量。

对于尺寸、重量和电池寿命至关重要的笔记本电脑，标准电池是Li+型。Li+化学的最新分支使用聚合物，可以将电池模制成复杂的形状。锂聚合物电池在手机、掌上电脑和其他小型应用中也很受欢迎。由于Li+和锂聚合物化学成分相似，因此它们的充电方法几乎相同。方法的区别主要在于其终止电压和充电电流。

传统充电方式

传统的锂离子电池充电方法是施加恒流恒压。当电池电压较低时，在典型的完全充电周期开始时施加恒定电流。当电池电压上升到指定限值时，充电器切换到恒定电压并继续在该模式下，直到充电电流降至接近零。此时，电池已充满电。在恒压阶段，由于电池电阻和与电池串联的任何电阻之和，电流呈指数下降（很像通过电阻器为电容器充电）。由于电流呈指数级下降，因此完全充满电需要很长时间。

在这种方法中，充电电流的极限不必像充电电压的极限那样精确。然而，电压限制至关重要：更高的电压使电池能够存储更多的能量，但过高的电压会损坏电池。因此，典型的Li+充电器施加电压限制，精度优于1%。

即使在恒定的高电流（高于1C，其中C是以安培小时为单位的电池容量）下充电时，与整体充电时间相比，恒流充电时间也很短。恒压模式主要由电池的物理特性决定，占用大部分充电时间。因此，增加充电电流对总充电时间影响不大。

线性充电

Li+电池充电的一种方法是使用线性充电器（图1），其中充电电压或电流的来源通常是交流适配器（壁立方体）的直流输出。控制器MAX846A （IC1）驱动外部pnp晶体管产生充电电压和电流。该电路中的PIC控制器（IC2）通过其PWM输出控制充电电压和电流。通过改变充电电压和电流，该控制器可以适应不同的电池类型和化学成分。®

图1.开关模式充电器MAX846A （IC1）和微控制器（IC2）构成一个独立于化学化学成分的电池充电器。

在许多系统中，现有控制器上的额外PWM输出可以对充电器进行编程。如果充电器专用于单个电池类型，则可以通过使用外部电阻器设置充电电压和电流来进一步简化。Maxim的其他线性充电器包括MAX1501独立式多化学充电器和MAX8856 Li+电池充电器。

线性充电器相对较小且简单，但其功耗是一个缺点。请考虑以下事项。典型的Li+电池的电压范围为2.7V至4.2V。为确保有足够的输入电压将电池充电至4.2V，源电压必须超过4.5V。因此，具有10%输出电压容差的典型廉价交流壁立方体的输出范围必须为4.5V至5.5V。pnp 调整管的最大耗散发生在最大输入电压和最小电池电压下。因此，对于典型的1A±10%充电电流，充电器的功耗可能超过3W。

如果这个3W耗散在手机或PDA等小型便携式设备中，则产生的温升可能会相当大。它会影响设备电子设备，并且最终用户可能不希望这样做。虽然使用外部电池充电器或扩展坞座可以降低器件功耗，但这些选项可能不适用于所有设计。在这些情况下，开关模式充电器将是更合适的选择。

开关模式充电

图2.开关模式充电器MAX1640在较宽的源电压、电池电压和充电电流范围内具有高效率

图1640中的MAX2使用两个外部n沟道MOSFET对源极电压进行斩波，然后滤波以产生所需的电池充电电流或电压。这些 MOSFET 调整元件充当开关。它们要么导通，以很小的压降传递电流，要么关闭，在没有电流的情况下降低电压。这一动作大大降低了调整管的功耗（与线性充电器相比）;功率耗散对源电压、电池电压和充电电流变化的影响很小。

图2中的电路在90.1A充电电流下效率达到>5%，在宽源电压、电池电压和充电电流范围内功耗更低。有关充电效率的更多信息，请参见MAX1640数据资料。开关模式充电器在更大尺寸和复杂性的权衡下将功耗降至最低。

恒流脉冲充电

Li+电池充电的新方法是恒流脉冲充电，它结合了线性充电器和开关模式充电器的优点。恒流脉冲充电通过采用限流壁立方体来限制充电电流。壁立方体电流切换到电池进行恒流充电。当电池电压上升到电压限值时，电流源被打开和关闭，从而在不超过电池电压的情况下为电池提供所需的平均电流。

恒流脉冲充电电路的功耗很低，因为开关要么打开要么关闭。这类似于开关模式充电器。然而，电路很简单（线性充电器也是如此），因为不需要输出滤波器。它可以在限流模式下消耗更多功率（取决于所使用的壁立方体），但如果不超过最大安全温度，则对电池或其负载几乎没有影响。

限流壁式立方体充电器电路中的p沟道MOSFET（图3）将壁式立方体电流切换至电池。由于MAX1879采用小型μMAX封装，外部MOSFET封装可以小至SOT23，因此该电路比开关充电器电路更小、更简单。一个完整的充电器除了外部 MOSFET 外，只需要三个电容器。（LED、肖特基和热敏电阻都是可选组件。®

图3.Li+充电器MAX1879具有低功耗，但与相同应用中的典型线性充电器相比，需要的空间更小

结论

随着便携式设备的缩小和变得更加复杂，电池充电电路对于充分利用电池变得越来越重要。通过降低充电过程中的功耗，进而最大限度地减少影响电池的热量，您可以提高设备的整体性能并减轻电池压力。虽然传统的线性和开关模式Li+充电器仍有一席之地，但限流脉冲充电器优化了便携式设备的尺寸和性能。

审核编辑：郭婷