中心議題：

• 快速充電和穩定充電的電池充電算法
• 鋰離子/聚合物電池充電方案
• 電壓、電量檢測算法

解決方案：

• 線性充電方案
• Buck(降壓)開關方案
• SEPIC(升壓與降壓)開關方案

如今的便攜式電子備中電池技術包括電量檢測算法、電池充電算法與電池充電技術等幾個方麵。眾所周知,充電式電池化學反應有鎳鎘、鎳氫
、鋰離子和鋰聚合物4種程式,作為便攜式電子設備來說,雖然這4種電池程式各有特點,但從能量密度與安全性角度的發展與實踐可知,鋰離子電池和鋰聚合物電池的優勢己成為小型長運行時間的設備的理想之選，比如筆記本電腦以及基於硬盤的PMP等.對便攜式電子備工程師來說，正確選擇與應用好便攜式電子備中電池技術至關重要,值此本文將對此作研討,並作應用舉例分析.

1、關於細流充電、快速充電和穩定充電的電池充電算法

根據最終應用的能量需求

，一個電池組可能包含最多4個鋰離子或鋰聚合物電池芯,其配置可有多種變化，同時帶有一個主流的電源適配器：直接的適配器、USB接口或汽車充電器。除去電芯數量、dianxindepeizhihuodianyuanshipeiqileixingshangdechabie，zhexiedianchizudouyoutongyangdechongdiantexing。yincitamendechongdiansuanfayeyiyang。liliziyulijuhewudianchizuihaodechongdiansuanfakeyifenwei3個階段：細流充電、快速充電和穩定充電。

*細流充電.用於對深度放電的電芯進行充電。當電芯電壓在低於大約2.8V時
，用一個恒定的0.1C的電流為它充電。
*快速充電.電芯電壓超過細流充電的門檻時，提高充電電流進行快速充電。快速充電電流應低於1.0C。
*穩定電壓。在快速充電過程中
，一旦電芯電壓達到4.2V，穩定電壓階段就開始了。這時可通過最小充電電流或定時器或這兩者的聯合來中斷充電.當最小電流低於大約0.07C時，可中斷充電。定時器則要靠一個預設的定時器來觸發中斷。

高級的電池充電器通常帶有附加的安全功能。比如，如果電芯溫度超出給定窗口，通常是0℃--45℃，充電就會暫停。

除去某些非常低端的設備
，現在市麵上的鋰離子／lijuhewudianchichongdianfangandoujichenghuoshidaiyouwaizhideyuanjian
，yibiananzhaochongdiantexingjinxingchongdian
，zhebuguangshiweilequdegengjiachongdianxiaoguo，tongshiyeshiweileanquan。

*鋰離子／聚合物電池的充電算應用舉例-雙輸入1.2A鋰電池充電器LTC4097

LTC4097可用於交流適配器或USB電源為單節鋰離子/聚合物電池充電。它采用恒定電流/恒定電壓算法充電，從交流適配器電源充電時，可編程充電電流高達1.2A，而用USB電源則可高達1A，同時自動檢測在每個輸入端是否存在電壓。該器件還提供USB限流。應用包括PDA
、MP3播放器、數碼相機、輕型便攜式醫療和測試設備以及大彩屏蜂窩電話。其性能特點：無需外部微控製器終止充電；輸入電源自動檢測和選擇；通過電阻從交流適配器輸入充電的可編程充電電流高達1.2A
；通過電阻的可編程USB充電電流高達1A；100%或20%USB充電電流設置；輸入電源存在輸出和NTC偏置（VNTC）引腳具120mA驅動能力
；NTC熱敏電阻輸入（NTC）引腳用於溫度合格的充電；預設置電池浮動電壓具±0.6%的準確度；熱調節最大限度地提高充電速率且無過熱風LTC4097可用於交流適配器或USB電源為單節鋰離子/聚合物電池充電。其采用恒定電流/恒定電壓算法充電，從交流適配器電源充電時，可編程充電電流高達1.2A，而用USB電源則可高達1A，同時自動檢測在每個輸入端是否存在電壓。該器件還提供USB限流。應用包括PDA、MP3播放器、數碼相機、輕型便攜式醫療和測試設備以及大彩屏蜂窩電話。

2、鋰離子/聚合物電池充電方案

鋰離子/聚合物電池的充電方案對於不同數量的電芯
、電芯配置以及電源類型還是不同的。目前主要有3種主要的充電方案：

2.1線性方案

當充電器輸入電壓大於全充滿電芯加上充足淨空之後的開路電壓時，最好用線性方案
，特別是1.0C快速充電電流不比1A大太多時。比如，MP3播放器通常隻有一個電芯
，容量從700到1500mAh不等，滿充開路電壓是4.2V。MP3播放機的電源通常是AC／DC適配器或者是USB接口，其輸出是規則的5V；這時，線性方案的充電器就是最簡單、最有效率的方案。圖2所示為鋰離子/聚合物電池充電方案線性方案,基本結構和線性電壓規整器一樣。

*線性方案的充電器應用例舉-雙輸入Li+充電器及智能電源選擇器MAX8677A

MAX8677A是雙輸入USB/AC適配器線性充電器

，內置SmartPowerSelector，用於由可充電單節Li+電池供電的便攜式設備。該充電器集成了電池和外部電源充電和切換負載所需的全部功率開關，因此無需外部MOSFET。MAX8677A理想用於便攜式設備，例如智能手機

、PDA、便攜式多媒體播放器
、GPS導航設備、數碼相機、以及數碼攝像機。

MAX8677A可以工作於獨立的USB和AC適shi配pei器qi電dian源yuan輸shu入ru下xia或huo兩liang個ge輸shu入ru中zhong的de任ren意yi一yi個ge輸shu入ru下xia。當dang連lian接jie外wai部bu電dian源yuan時shi，智zhi能neng電dian源yuan選xuan擇ze器qi允yun許xu係xi統tong不bu連lian接jie電dian池chi或huo可ke以yi與yu深shen度du放fang電dian電dian池chi連lian接jie。智zhi能neng電dian源yuan選xuan擇ze器qi自zi動dong將jiang電dian池chi切qie換huan到dao係xi統tong負fu載zai
，使shi用yong係xi統tong未wei利li用yong的de輸shu入ru電dian源yuan部bu分fen為wei電dian池chi充chong電dian，充chong分fen利li用yong有you限xian的deUSB和適配器輸入電源。所有需要的電流檢測電路，包括集成的功率開關，均集成於片上。DC輸入電流限最高可調節至2A，而DC和USB輸入均可支持100mA、500mA
、和USB掛起模式。充電電流可調節至高達1.5A，從而支持寬範圍的電池容性。MAX8677A的其他特性包括熱調節
、過壓保護

、充電狀態和故障輸出、電源好監視、電池熱敏電阻監視、以及充電定時器。MAX8677A采用節省空間的
、熱增強型、4mm×4mm、24引腳的TQFN封裝，規定工作於擴展級溫度範圍(-40～+85℃)。[page]

2.2Buck(降壓)開關方案

當1.0C充電的電流大於1A
，或者輸入電壓比電芯的全充滿開路電壓高很多時，Buck或者降壓方案就是一個更好的選擇。比如，在基於硬盤的PMP中，通常使用單芯鋰離子電池，全充滿開路電壓是4.2V，容量從1200到2400mAh不等。而現在PMP通常是用汽車套件來充電，它的輸出電壓在9V到16V之間。在輸入電壓和電池電壓之間比較高的電壓差(最小4.8V)會讓線性方案降低效率。這種低效率
，加上大於1.2A的1C快速充電電流
，會產生嚴重的散熱問題。為避免這種情況
，就要采用Buck方案。基本結構同Buck(降壓)開關電壓調節器完全相同。

2.3SEPIC(升壓與降壓)開關方案

在某些使用3個甚至4個鋰離子／聚合物電芯串聯的設備中，充電器的輸入電壓就不總是大於電池電壓。比如，筆記本電腦使用3芯鋰離子電池組
，滿充開路電壓是12．6V(4．2Vx3)，容量從1800mAh到3600mAh。輸入電源要麼是輸出電壓16V的AC／DC適配器，要麼是汽車套件，輸出電壓在9V到16V之間。很顯然地，線性和Buck方案都不能為這組電池組充電。這就要用上SEPIC方案，它能在輸出電壓高於電池電壓時工作
，也能在輸出電壓低於電池時工作。

3

、電量檢測算法

許多可攜式產品都利用電壓測量值來估計電池剩餘電量，但是電池電壓與剩餘電量的關係卻會隨著放電率

、溫度和電池老化程度而改變，使這種方法的誤差率最高可達50％。市(shi)場(chang)對(dui)使(shi)用(yong)時(shi)間(jian)更(geng)長(chang)的(de)產(chan)品(pin)需(xu)求(qiu)不(bu)斷(duan)增(zeng)強(qiang)，因(yin)此(ci)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)需(xu)要(yao)更(geng)加(jia)精(jing)確(que)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。使(shi)用(yong)電(dian)量(liang)檢(jian)測(ce)計(ji)吧(ba)來(lai)測(ce)量(liang)電(dian)池(chi)充(chong)人(ren)或(huo)消(xiao)耗(hao)的(de)電(dian)量(liang)，將(jiang)能(neng)夠(gou)在(zai)很(hen)寬(kuan)的(de)應(ying)用(yong)電(dian)源(yuan)級(ji)別(bie)範(fan)圍(wei)內(nei)提(ti)供(gong)更(geng)精(jing)確(que)的(de)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)估(gu)測(ce)。

3.1電量檢測算法應用舉例之一,功能完整的單＼雙電池便攜式應用電池組設計

*電量檢測原理.較好的電量檢測計至少要具備電池電壓、電池組溫度和電流、測量方法；一個微處理9a
；和一套及業經驗證的電量檢測算法。bq2650x及bq27x00是功能完整的電量檢測計，具有一個測量電壓與溫度的模數轉換器(ADC)和(he)一(yi)個(ge)測(ce)量(liang)電(dian)流(liu)與(yu)充(chong)電(dian)感(gan)測(ce)的(de)模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)。這(zhe)些(xie)電(dian)量(liang)檢(jian)測(ce)計(ji)還(hai)具(ju)有(you)一(yi)個(ge)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)，負(fu)責(ze)執(zhi)行(xing)德(de)州(zhou)儀(yi)器(qi)的(de)電(dian)量(liang)檢(jian)測(ce)算(suan)法(fa)。這(zhe)些(xie)演(yan)算(suan)法(fa)會(hui)補(bu)償(chang)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)自(zi)放(fang)電(dian)、老化、溫度和放電率等因素。晶片內含微處理器為主機係統處理器省下這些計算負擔.電量檢測計能夠提供剩餘電量狀態等信息，bq27x00係列產品還提供剩餘可運行時間(RunTimetoEmpty)主機可隨時向電量檢測計查詢這些信息，再透過LED指示燈或屏幕顯示將電池信息通知用戶。電量檢測計的使用非常方便
，係統處理器僅需要配置12C或HDQ通信驅動器即可。

*電池組電路描述.根據所使用電量檢測計IC的不同，電池組至少需要有三到四個外部終端。

VCC及BAT引腳會連到電池電壓，以便為，C供電及測量電池電壓。電池接地端連接了一個電阻值較小的檢測電阻器，讓電量檢測計的高阻抗SRP及SRN輸shu入ru端duan能neng夠gou監jian控kong感gan測ce電dian阻zu兩liang端duan的de電dian壓ya。通tong過guo流liu經jing檢jian測ce電dian阻zu器qi的de電dian流liu可ke用yong來lai判pan斷duan電dian池chi充chong入ru或huo釋shi放fang的de電dian量liang。設she計ji人ren員yuan選xuan擇ze檢jian測ce電dian阻zu值zhi時shi必bi須xu考kao慮lv電dian阻zu兩liang端duan的de電dian壓ya不bu能neng超chao過guo100mV
，過低的電阻值可能會在電流較小時產生誤差。電路板布局必須確保從SRP及SRN到檢測電阻器的連接要盡可能靠近感測電阻端；換言之，它們應該是采用Kelvin連線。

HDQ引(yin)腳(jiao)需(xu)要(yao)外(wai)部(bu)上(shang)拉(la)電(dian)阻(zu)器(qi)，該(gai)電(dian)阻(zu)應(ying)位(wei)於(yu)主(zhu)機(ji)或(huo)主(zhu)應(ying)用(yong)端(duan)
，這(zhe)樣(yang)電(dian)量(liang)檢(jian)測(ce)計(ji)才(cai)能(neng)在(zai)電(dian)池(chi)組(zu)與(yu)便(bian)攜(xie)式(shi)設(she)備(bei)連(lian)接(jie)斷(duan)開(kai)時(shi)啟(qi)用(yong)睡(shui)眠(mian)功(gong)能(neng)。建(jian)議(yi)上(shang)拉(la)電(dian)阻(zu)值(zhi)選(xuan)用(yong)10kΩ。

*電池組鑒定。價格低廉的偽冒電池的問題日益嚴重，這些電池可能不包含OEM廠商要求的安全保護電路。所以，真品電池組可包含鑒定電路。當要鑒定電池時，主機向含有IC(bq26150，作用是循環冗餘校驗(CRC))的電池組發出一個詢問值(challenge)，電池組所含的CRC會根據這個詢問值和，IC中內建的CRC多項式計算這個CRC值。CRC是基於主機的查詢命令與IC中秘密定義的CRC多項式完成的，主機也會進行CRC值計算井與電池組的計算結果比較以確定鑒定是否成功。

一旦電池通過鑒定，bq26150則會發出指令以確保主機與電量檢測計之間的資料線路通訊正常。當電池連接中斷或重新連接時，整個鑒定過程將重複一次。

*雙電池應用。使用bq26500支持雙體鋰離子電池的典型應用電路。為了支持多顆電池，此電路增加一個可調穩壓器。電量檢測計的BAT引腳與最下麵一節電池的負極相連，以完成可變電池組電壓的測量。

主機要能夠讀懂電量檢測計測量的可變電池組電壓

，以確定放電結束閾值以及充電終止閾值。至於電量剩餘狀態(RemainingStateofCapacity)等，則不需要解讀就能直接使用。

上述bq2650x及bq27x00等(deng)電(dian)量(liang)檢(jian)測(ce)計(ji)提(ti)供(gong)電(dian)池(chi)製(zhi)造(zao)商(shang)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)易(yi)用(yong)的(de)選(xuan)擇(ze)方(fang)案(an)，該(gai)方(fang)案(an)僅(jin)僅(jin)測(ce)量(liang)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)要(yao)精(jing)確(que)很(hen)多(duo)
，這(zhe)些(xie)電(dian)量(liang)檢(jian)測(ce)計(ji)可(ke)用(yong)於(yu)各(ge)種(zhong)電(dian)池(chi)架(jia)構(gou)，並(bing)可(ke)支(zhi)持(chi)電(dian)池(chi)鑒(jian)定(ding)及(ji)雙(shuang)電(dian)池(chi)應(ying)用(yong).

3.2電量檢測算法應用舉例之二,能適用於各種通用電量計的新型IC.

當今不少製造廠商可提供種類豐富的電量計IC,，用(yong)戶(hu)可(ke)從(cong)中(zhong)選(xuan)取(qu)合(he)適(shi)的(de)功(gong)能(neng)器(qi)件(jian)，以(yi)優(you)化(hua)產(chan)品(pin)的(de)性(xing)價(jia)比(bi)。利(li)用(yong)電(dian)量(liang)計(ji)貯(zhu)測(ce)量(liang)的(de)電(dian)池(chi)參(can)數(shu)，這(zhe)種(zhong)分(fen)離(li)式(shi)架(jia)構(gou)允(yun)許(xu)用(yong)戶(hu)在(zai)主(zhu)機(ji)內(nei)定(ding)製(zhi)電(dian)量(liang)計(ji)量(liang)算(suan)法(fa)．從而省去電池組內嵌處理器的成本。值此以Dallasesemicconductor公司名為例的DS2762芯片作典型分析.一新型分離式電量計IC,

*DS2762應用特征

DS2762是一款單節鋰電池電量計與保護電路，集成於一片微小的2.46mm×2.74mm倒(dao)裝(zhuang)片(pian)封(feng)裝(zhuang)。由(you)於(yu)內(nei)部(bu)集(ji)成(cheng)了(le)用(yong)於(yu)電(dian)量(liang)檢(jian)測(ce)的(de)高(gao)精(jing)密(mi)電(dian)阻(zu)

，該(gai)款(kuan)器(qi)件(jian)非(fei)常(chang)節(jie)省(sheng)空(kong)間(jian)。它(ta)所(suo)具(ju)有(you)的(de)小(xiao)尺(chi)寸(cun)和(he)無(wu)可(ke)比(bi)擬(ni)的(de)高(gao)集(ji)成(cheng)度(du)
，對(dui)於(yu)移(yi)動(dong)電(dian)話(hua)電(dian)池(chi)組(zu)及(ji)其(qi)它(ta)類(lei)似(si)的(de)手(shou)持(chi)產(chan)品(pin)，如(ru)PDA等，都非常理想。集成的保護電路連續地監視電池的過壓
、欠壓和過流故障(充電或放電期間)。不同於獨立的保護IC
，DS2762允許主處理器監視/控製保護FET的導通狀態
，這樣，可以通過DS2762的保護電路實現係統電源控製。DS2762也可以充電一個已深度消耗的電池，當電池電壓不足3V時
，提供一條限製電流的恢複充電路徑。

DS2762能夠精確監視電池電流、電dian壓ya和he溫wen度du，其qi動dong態tai範fan圍wei與yu分fen辨bian率lv滿man足zu任ren何he通tong行xing的de移yi動dong通tong信xin產chan品pin的de測ce試shi標biao準zhun。測ce得de的de電dian流liu對dui內nei部bu產chan生sheng的de時shi基ji進jin行xing積ji分fen
，實shi現xian電dian量liang計ji量liang。通tong過guo實shi時shi、連lian續xu的de自zi動dong失shi調tiao糾jiu正zheng，電dian量liang計ji量liang的de精jing度du得de以yi提ti高gao。內nei置zhi的de檢jian測ce電dian阻zu消xiao除chu了le因yin製zhi造zao工gong藝yi和he溫wen度du而er造zao成cheng的de電dian阻zu變bian化hua，進jin一yi步bu提ti高gao了le電dian量liang計ji的de精jing度du。重zhong要yao數shu據ju保bao存cun於yu32字節、可加鎖的EEPROM；16字節的SRAM用於保存動態數據。與DS2762的所有通信均通過1-Wire、多節點通信接口進行，最大限度減少了電池組與主機的連線。

其主要特征為
；單節鋰電池保護器；高精度電流(電量計量)、電壓和溫度測量；可選的集成25mΩ檢測電阻，每個DS2762經過單獨微調；0V電池恢複充電；32字節可加鎖EEPROM，16字節SRAM，64位ROM；1-Wire，多節點，數字通信接口；支持多電池組電源管理
，並通過保護FET實現係統電源控製；休眠模式下電源電流僅2µA(最大);工作模式下電源電流為90µA(最大);2.46mm×2.74mm倒裝片封裝或16引腳下SSOP封裝，兩者均可選擇帶或不帶檢測電阻;複具有備有評估板.

應用好便攜式電子備的電池技術是選擇鋰離子電池和鋰聚合物電池及其充電器的基礎.之於如何正確選擇,還必須視便攜式電子備的具體要求而定。