如何把电池充电器嵌入到小巧的便携式产品中？

对于电池供电的便携式设备而言,在产品中嵌入充电器(Charger)有利于提高产品的集成度和增强产品的易用性。为了帮助广大工程师更好地掌握这项技术,《电子工程专辑》网站举办了主题为《如何把电池充电器嵌入到小巧的便携式产品中？》的在线研讨,并特邀凌特公司应用工程师卢志豪和陈晓兵担任嘉宾主持,与业内同仁一同交流和探讨当前面临的问题及相应的解决方法。在此次研讨中,中国工程师关注的热点主要有电池充电保护、手机充电器和充电电流设定等。

电池充电保护

如何延长电池使用寿命一直是便携产品开发人员关注的重要话题之一,除了电池自身的化学特性外,按正确的方法给电池充电也是影响其使用寿命的关键因素。在与论坛嘉宾的交流中,多位工程师询问如何在充电过程中保护电池。对此,卢志豪指出,如果充电器能对电池的状态作出评估并先行保护,可对产品的可靠性有莫大帮助。因此,充电器设计必须具有最基本的保护,例如不可对电池过充电、不给不良电池充电、以及防止不良或反接电源到电池等。

具体而言,为了确保充电的安全性,需要从两个方面考虑:一、对充电器线路本身,要求在各种情况下,线路元器件均工作在可靠的范围内,以避免受到额定值以外的电应力和热应力的损害。二、对电池而言,要求充电器的充电控制功能尽可能完善,具备可靠的充电终止保护。增加对电池温度的监控可进一步提高安全性。选用内含充放电监控芯片的电池具备二次保护功能,更利于安全可靠的使用。此外,电池一般要配备保护IC" target=_blank>IC,万一出现任何不良的情况(例如充电器失效或负载发生故障),保护电路就成了最后防线。

另外,有工程师问如何对电池保护板进行测试。陈晓兵解释道,对锂离子电池保护板的测试主要针对过充电、过放电、充放电流过大和温升过高等保护功能的测试,它需要使用可编程的电压/电流源及一些辅助电路来模拟电池的异常状态。

手机充电器

手机产品的开发和制造在中国得到很大发展,所以众多工程师特别关注如何在手机内嵌入电池充电器的问题。

有工程师咨询:“随着手机充电器趋向小巧化,在选择元件的时候应该遵循什么原则？”卢志豪认为,就选择元件而言,首先要从充电方案入手。他列举了几个关键考虑事项:1、充电架构:根据功率需求,选定使用开关型或线性充电器。手机产品以嵌入线性充电器为主。2、热设计 :无论所选是那种充电架构,都要考虑到发热问题。例如在非常小的空间内,高效率的开关型或对热有特别控制的线性充电器必定可大大提升产品的性能。3、简单小巧:简单的电路可以造就小巧的方案。对于开关型充电器,如果能找到更小巧的外围器件方案(假设效能不变),那必然对产品有利。线性充电器如果能把控制管整合在芯片内,也是小型化的一种理想设计!

此外,不少工程师提及CDMA手机充电器以及手机充电器IC的功能和价格等方面的问题,限于篇幅,在此不再详述。

充电电流

有工程师询问如何设定电池的充电电流,以及脉冲充电与恒流充电各有何优缺点？

卢志豪回答说,充电电流一般要视电池容量及预期的充电时间而设定。例如,1C容量的电池一般会在3小时内完成充电,增大充电电流将使充电时间缩短。但设计人员很少会把充电电流设定到大于1C,因为这样会缩短电池的使用寿命。

他还解释道,脉冲充电基本上也是恒流恒压充电方式。每次流到电池的电流(导管导通)是一样的,只是导管关断时间不一样,通过改变这个时间,便可有效地控制/改变平均电流。

因为脉冲充电方式无法控制导管导通时的电流,所以外加的限流是必须的。因此,脉冲充电器要求电源适配器具有限流功能,这是它的最大缺点,因为只要不慎错用了没有限流功能的电源适配器,便有可能把适配器本身、甚至电池烧坏。另一方面,脉冲充电器会把热量消耗在电源上,而不是在充电器件本身。因此,在一些功率较大、密封且空间非常小的应用中,脉冲充电器就具有优势。

作者:颜健