谈一谈便携式电子设备的电池技术

前语

现在的便携式电子备中电池技术包括电量检测算法、电池充电算法与电池充电技术等几个方面。众所周知,充电式电池化学反应有镍镉、镍氢、锂离子和锂聚合物4种程式,作为便携式电子设备来说,虽然这4种电池程式各有特点,但从能量密度与安全性视点的打开与实践可知, 锂离子电池和锂聚合物电池的优势己成为小型长工作时间的设备的志向之选，比如笔记本电脑以及依据硬盘的PMP等.对便携式电子备工程师来说，正确选择与运用好便携式电子备中电池技术至关重要,值此本文将对此作研讨,并作运用举例剖析.

1、关于细流充电、快速充电和安稳充电的电池充电算法

依据最终运用的能量需求，一个电池组或许包括最多4个锂离子或锂聚合物电池芯,其配备可有多种改动，一起带有一个干流的电源适配器：直接的适配器、USB接口或轿车充电器。除掉电芯数量、电芯的配备或电源适配器类型上的不同，这些电池组都有相同的充电特性。因此它们的充电算法也相同。锂离子与锂聚合物电池最好的充电算法能够分为3个阶段：细流充电、快速充电和安稳充电。

*细流充电.用于对深度放电的电芯进行充电。当电芯电压在低于大约2.8V时，用一个安稳的0.1C的电流为它充电。
*快速充电.电芯电压超过细流充电的门槛时，跋涉充电电流进行快速充电。快速充电电流应低于1.0C。
*安稳电压。在快速充电进程中，一旦电芯电压到达4.2V，安稳电压阶段就开端了。这时可通过最小充电电流或定时器或这两者的联合来间断充电.当最小电流低于大约0.07C时，可间断充电。定时器则要靠一个预设的定时器来触发间断。http://www.dghoppt.cn/

高档的电池充电器一般带有附加的安全功用。比如，假如电芯温度超出给定窗口，一般是0℃--45℃，充电就会暂停。除掉某些非常低端的设备，现在市面上的锂离子／锂聚合物电池充电方案都集成或是带有外置的元件，以便按照充电特性进行充电，这不光是为了取得更佳充电作用，一起也是为了安全。

2、锂离子/聚合物电池充电方案

锂离子/聚合物电池的充电方案关于不同数量的电芯、电芯配备以及电源类型还是不同的。现在首要有3种首要的充电方案：线性，Buck(降压)开关和SEPIC(升压与降压)开关。

2.1线性方案

当充电器输入电压大于全布满电芯加上足够净空之后的开路电压时，最好用线性方案，特别是1.0C快速充电电流不比1A大太多时。比如，MP3播放器一般只需一个电芯，容量从700到1500mAh不等，满充开路电压是4.2V。MP3播放机的电源一般是AC／DC适配器或许是USB接口，其输出是规矩的5V；这时，线性方案的充电器便是最简略、最有功率的方案。图2所示为锂离子/聚合物电池充电方案线性方案,底子结构和线性电压规整器相同。

*线性方案的充电器运用例举-双输入Li+充电器及智能电源选择器MAX8677A。MAX8677A是双输入USB/AC适配器线性充电器，内置Smart Power Selector，用于由可充电单节Li+电池供电的便携式设备。该充电器集成了电池和外部电源充电和切换负载所需的悉数功率开关，因此无需外部 MOSFET。MAX8677A志向用于便携式设备，例如智能手机、PDA、便携式多媒体播放器、GPS导航设备、数码相机、以及数码摄像机。

MAX8677A能够作业于独立的USB和AC适配器电源输入下或两个输入中的任意一个输入下。当联接外部电源时，智能电源选择器容许系统不联接电池或能够与深度放电电池联接。智能电源选择器自动将电池切换到系统负载，运用系统未运用的输入电源部分为电池充电，充分运用有限的USB和适配器输入电源。悉数需求的电流检测电路，包括集成的功率开关，均集成于片上。DC输入电流限最高可调度至2A，而DC和USB输入均可支撑100mA、500mA、和USB挂起办法。充电电流可调度至高达1.5A，然后支撑 宽规模的电池容性。MAX8677A的其他特性包括热调度、过压保护、充电情况和缺陷输出、电源好监督、电池热敏电阻监督、以及充电定时器。MAX8677A选用节省空间的、热增强型、4mm×4mm、24引脚的TQFN封装，规矩作业于扩展级温度规模(-40～+85℃)。

2.2 Buck(降压)开关方案

当1.0C充电的电流大于1A，或许输入电压比电芯的全布满开路电压高很多时，Buck或许降压方案便是一个更好的选择。比如，在依据硬盘的PMP中，一般运用单芯锂离子电池，全布满开路电压是4.2V，容量从1200到2400mAh不等。而现在PMP一般是用轿车套件来充电，它的输出电压在9V到16V之间。在输入电压和电池电压之间比较高的电压差(最小4.8V)会让线性方案下降功率。这种低功率，加上大于1.2A的1C快速充电电流，会发生严峻的散热问题。为避免这种情况，就要选用Buck方案。图3为锂离子/聚合物电池Buck充电器方案示意图,底子结构同Buck(降压)开关电压调度器完全相同。

2.3 SEPIC(升压与降压)开关方案

在某些运用3个甚至4个锂离子／聚合物电芯串联的设备中，充电器的输入电压就不总是大于电池电压。比如，笔记本电脑运用3芯锂离子电池组，满充开路电压是12．6V(4．2V x3)，容量从1800mAh到3600mAh。输入电源要么是输出电压1 6V的AC／DC适配器，要么是轿车套件，输出电压在9V到16V之间。很显然地，线性和Buck方案都不能为这组电池组充电。这就要用上SEPIC方案，它能在输出电压高于电池电压时作业，也能在输出电压低于电池时作业。

3、电量检测算法

许多可携式产品都运用电压测量值来估量电池剩馀电量，可是电池电压与剩馀电量的联络却会随著放电率、温度和电池老化程度而改动，使这种办法的过错率最高可达50％。商场对运用时间更长的产品需求不断增强，因此系统规划人员需求愈加准确的处理方案。运用电量检测计吧来测量电池充人或耗费的电量，将能够在很宽的运用电源等级规模内供应更准确的电池电量估测。

3.1电量检测算法运用举例之一,功用无缺的单＼双电池便携式运用电池组规划

*电量检测原理.较好的电量检测计至少要具有电池电压、电池组温度和电流、测量办法；一个微处理9a；和一套及业经验证的电量检测算法。bq2650x及bq27x00是功用无缺的电量检测计，具有一个测量电压与温度的模数转换器(ADC)和一个测量电流与充电感测的模数转换器。这些电量检测计还具有一个微处理器，担任施行德州仪器的电量检测算法。这些演算法会补偿锂离子电池的自放电、老化、温度和放电率等要素。晶片内含微处理器为主机系统处理器省下这些核算担负.电量检测计能够供应剩余电量情况等信息，bq27x00系列产品还供应剩余可工作时间(Run Time to Empty)主机可随时向电量检测计查询这些信息，再透过LED指示灯或屏幕显现将电池信息告诉用户。电量检测计的运用非常便利，系统处理器仅需求配备12C或HDQ通讯驱动器即可。

*电池组电路描绘.图4(a)为可选用具有断定功用IC的典型的电池组运用电路。依据所运用电量检测计IC的不同，电池组至少需求有三到四个外部终端。VCC及BAT引脚会连到电池电压，以便为，C供电及测量电池电压。电池接地端联接了一个电阻值较小的检测电阻器，让电量检测计的高阻抗SRP及SRN输入端能够监控感测电阻两头的电压。通过流经检测电阻器的电流可用来判别电池充入或开释的电量。规划人员选择检测电阻值时有必要考虑电阻两头的电压不能超过100 mV，过低的电阻值或许会在电流较小时发生过错。电路板布局有必要保证从SRP及SRN到检测电阻器的联接要尽或许接近感测电阻端；换言之，它们应该是选用Kelvin连线。

HDQ引脚需求外部上拉电阻器，该电阻应位于主机或主运用端，这样电量检测计才能在电池组与便携式设备联接断开时启用睡觉功用。主张上拉电阻值选用10 kΩ。

*电池组断定。价格低廉的伪冒电池的问题日益严峻，这些电池或许不包括OEM厂商要求的安全保护电路。所以，真品电池组可包括图4(a)所示的断定电路。当要断定电池时，主机向含有IC(bq26150，作用是循环冗余校验(CRC))的电池组宣布一个问询值(challenge)，电池组所含的CRC会依据这个问询值和，IC中内建的CRC多项式核算这个CRC值。CRC是依据主机的查询指令与IC中隐秘界说的CRC多项式完毕的，主机也会进行CRC值核算井与电池组的核算结果比较以确认断定是否成功。一旦电池通过断定，bq26150则会宣布指令以保证主机与电量检测计之间的材料线路通讯正常。当电池联接间断或从头联接时，整个断定进程将重复一次。

3.2电量检测算法运用举例之二,能适用于各种通用电量计的新式IC.

当今不少制作厂商可供应品种丰盛的电量计IC,，用户可从中选取适宜的功用器件，以优化产品的性价比。运用电量计贮测量的电池参数，这种分离式架构容许用户在主机内定制电量计量算法．然后省去电池组内嵌处理器的本钱。值此以Dallase semicconductor公司名为例的DS2762芯片作典型剖析. 一新式分离式电量计IC.

*DS2762运用特征

DS2762是一款单节锂电池电量计与保护电路，集成于一片细微的2.46mm× 2.74mm倒装片封装。因为内部集成了用于电量检测的高精密电阻，该款器件非常节省空间。它所具有的小标准和无与伦比的高集成度，关于移动电话电池组及其它类似的手持产品，如PDA等，都非常志向。集成的保护电路连续地监督电池的过压、欠压和过流缺陷(充电或放电期间)。不同于独立的保护IC，DS2762容许主处理器监督/控制保护FET的导通情况，这样，能够通过DS2762的保护电路完毕系统电源控制。DS2762也能够充电一个已深度耗费的电池，当电池电压不足3V时，供应一条束缚电流的康复充电途径。

DS2762能够准确监督电池电流、电压和温度，其动态规模与分辨率满足任何通行的移动通讯产品的检验标准。测得的电流对内部发生的时基进行积分，完毕电量计量。通过实时、连续的自动失调纠正，电量计量的精度得以跋涉。内置的检测电阻消除了因制作工艺和温度而造成的电阻改动，进一步跋涉了电量计的精度。重要数据保存于32字节、可加锁的EEPROM；16字节的SRAM用于保存动态数据。与DS2762的悉数通讯均通过1-Wire、多节点通讯接口进行，最大极限减少了电池组与主机的连线。其首要特征为；单节锂电池保护器；高精度电流(电量计量)、电压和温度测量；可选的集成25mΩ检测电阻，每个DS2762通过独自微调；0V电池康复充电；32字节可加锁EEPROM，16字节SRAM，64位ROM；

1-Wire，多节点，数字通讯接口；支撑多电池组电源办理，并通过保护FET完毕系统电源控制；休眠办法下电源电流仅2?A(最大);作业办法下电源电流为90?A(最大);2.46mm×2.74mm倒装片封装或16引脚下SSOP封装，两者均可选择带或不带检测电阻;复具有备有点评板.

4、定论

运用好便携式电子备的电池技术是选择锂离子电池和锂聚合物电池及其充电器的根底.之于怎么正确选择,还有必要视便携式电子备的具体要求而定。

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