便携式系统的锂离子电池充电技术

差模电感器
为防止因意外把反向电压施加到电池上，所有锂离子电池包都包含一些复杂的电路。一般来说，保护功能包括防止过放电、过充电、过大的充/放电电流以及避免电池被施加高电压。

在电池的充电或放电期间，如果任何参数超过了特定电池设置的限制值，电芯与电池终端之间的连接将断开。通常，当反向电压被撤除或者电池被预置之后，经过一段时间，充电器将会复位。

除了电子保护以外，电池还包含机械的二级过流保护器件。一种聚合物正温度系数(PPTC)过流保护器件被串联在电池封装与电芯终端之间。

当发生过流时，PPTC器件从低阻抗状态转换到高阻抗状态，从而保护了电路。器件因I2R发热效应产生的热量导致它的温度上升，而上述变化正是器件温度快速增高的结果。

好的充电器设计必须能够确定锂离子电池是否可以安全、有效地进行快速充电。下面是一些支持便携式应用的充电器实例。

独立型充电器LP3946

LP3946是独立型单单元锂离子电池充电器，它带有一个集成的导通晶体管和电流传感电阻。除了充电功能外，它还可以工作在低压降(LDO)模式下。这个功能在制造过程中非常有用，因为在对产品进行一体电感器测试和性能验证时，它免除了插入电池的需要。

充电周期从插入电源变压器开始。充电器首先验证输入电压，如果它在允许的范围之内，充电器将启动电池认证过程。在这个阶段，一个电流源向电池终端施加50mA电流，同时监视电压。如果电池两端的电压高于3.0V，表示电池的状况良好，那么恒流充电周期将启动。电流的幅度是电池容量的函数，这可以参考电池制造商推荐的数值。典型充电电流是1C，但一些电池需要更低的充电电流。

电感位移传感器 Diff-Amp的输出端可以模拟重现充电电流。Diff-Amp输出端也代表在LDO工作模式下的电流。在单电源供电系统中，为避免当工作电压接近电感器厂家地电位时发生精度错误，Diff-Amp的输出被偏置为0.5V。

为便于使用和减少外部元件数量，LP3946的快速充电电流是在工厂按用户的要求设定的。恒流源也可以在工厂设定成从500 mA到 950 mA之间按50 mA递增的任何值。其它工厂可以预置的参数包括终止电压(4.1或4.2V)和充电结束电流(0.1C、0.15C或0.2C)。

在恒流周期，为避免过充电，要非常精确地监视电池电压。正如前面所描述的，如果超过电池的终止电压，电池寿命将逐步缩短，而且这个效应是累积性的。在恒流充电过程中，由于在贴片电感电池的ESR上存在电压降，所以电池两端的电压并不能准确代表电芯的电压。当在终止电压结束恒流周期时，ESR的电压降提供了一个保险裕度，使电池不会被施加过高的电压。

在恒流周期，电池被充电到容量的80-85 %左右。在恒流周期结束之后，恒压周期开始启动。在这个周期，电池的充电电流为ICharger = (VBatt - Vcell)/ESR。在充电过程中，Vcell不断升高而充电电流随之下降。随着充电电流的减小，因ESR产生的误差也将逐渐减小，所以电池两端的电压可以更准确地代表电芯的实际电压。

当电流下降到预置的充电结束 (EOC) 电流以下时，充电终止。通常，推荐的EOC电流水平为0.1C、0.15C和0.2C。

一旦检测到EOC电流，充电周期结束。在这时，充电器电路关闭，维护周期启动。在维护周期，当监视到电池电压下降到3.9V以下时，充电周期重新开始(假设检测到的整流器信号有效)。
当电能消耗使电池电压下降到3.0V以下时，快速充电被预认证周期替代。这主要是出于安全考虑，并避免对可能有故障的电池进行快速充电。在正常运行时，如果电芯电压下降到这个电平，内部保护电路将被激活，以切断电芯终端与电池封装终端之间的连接。如果电池没有永久性损坏，则施加低水平的电流以逐步提高电池电压，并使内部保护电路复位。作为一个后备保护器件，定时器计数器会记录总的充电时间。如果电池经过5.6小时的恒流或恒压充电仍未达到终止电压，那么将放弃充电。

作为充电周期的可视指示信号，CHG信号点亮一个红色LED，表示充电周期的开始。EOC信号点亮一个绿色LED ，表示充电周期的结束。在维护周期，只要交流变压器依然插在墙上，绿色LED就一直接通。如果检测到故障条件，红色和绿色LED将同时接通。平面变压器厂家 | 平面电感厂家

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