适用于全球交流电源锂离子电池充电器设计
本文介绍了一个单节锂离子(Li+)电池的充电方案,该方案基于MAX5022芯片,适用于全球的交流电源,而且无需软件控制或微处理器干预就能实现所有的充电功能。
一次性电池不能够充电,完全放电后的电池即为报废电池。二次电池可以多次充电,但不同的化学特性对充电的要求也不同,特别是“快充”控制。目前,最常用的可充电电池是Li+、镍氢(NiMH)、镍镉(Nicd)和铅酸电池,其它类型的电池还很多,但没有大规模投入使用。因为本文仅讨论利用交流适配器供电的充电器设计,没有考虑汽车电源供电的SLI铅酸电池或更大容量电池的充电器。
不同化学类型的电池对充电器的要求
通常快速充电比涓流充电更受欢迎,但快速充电对电路的要求也复杂,镍氢或镍镉电池的快速充电技术与其它电池也是不同的。镍镉和镍氢电池通常在恒流状态下快充,而不是恒压状态下。快充终止检测基于电压和温度的变化率,充电器还应具备过压保护和过热保护功能。Li+和铅酸电池充电器必须保证作用到电池上的电压和电流最大值在规定的范围内,当电池电压维持在最大单节电池电压,充电电流下降到一个较低值时,充电器终止充电。Li+和铅酸电池充电器的区别在于所允许的充电电流、最大电池电压,另外铅酸电池充电器一般具有浮充能力(浮充是为了补充铅酸电池的自放电,而对一个已经完全充满的电池继续输入充电电流的技术),Li+电池的自放电非常低,所以不需要浮充。
Li+电池
为便携式产品选择电池时,最重要的是高能量密度、尺寸、重量和价格。迄今为止,Li+电池在最为流行的电池中能够提供最高的体积和能量密度,但其每瓦时的成本也较高。铅酸电池的每瓦时成本最低,但比较笨重。本文以Li+电池为例讨论充电器的设计,它在便携式产品中已经被普遍使用。我们选择780mA的充电电流和4.2V的终止电压。
图1：通用输入交流电压的离线式Li+电池充电器。
图1所示充电器无需微处理器干预,输入电源可以采用全球范围的任何交流电源,省去了大体积60Hz变压器,而且可提供单节Li+电池所要求的精确的充电电压和电流。充电器IC(U4)集成了全面的保护功能(电压、电流和自保护),确保Li+电池的安全充电。
假设Li+电池带有过流、过压和过热保护,这些保护特性在电池包里是必需的,因为充电期间一旦电路出现故障,Li+电池将存在很大的危险性,过流、过压或温度过高都有可能造成Li+电池爆炸。
电路描述
图1包括两颗主器件(U1和U4)、精密基准(U3)和光耦(U2)。U1是离线式开关控制器,配合隔离变压器、光耦和基准产生隔离的稳压直流输出。直流电压供给电池充电器(U4),U4提供电流限制、电压调节、电池充电和充电指示等功能。本方案中,U4是一款简
