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锂离子电池充放电安全及电池检测规划

手机的锂离子电池充电安全性日益受到消费者重视,因此充电器制造商在设计产品时,须掌握锂离子电池的相关规格和特性,并使用具备完善电池检测及保护功能的充电芯片,以降低过电流、过电压或过温等状况所造成的危险。

  手机的锂离子电池充电安全性日益遭到顾客注重,因此充电器制造商在规划产品时,须把握锂离子电池的相关标准和特性,并运用具有完善电池检测及维护功用的充电芯片,以下降过电流、过电压或过温等状况所形成的风险。

  跟着科技进步、日子质量提高,电子产品的踪影处处可见,其间又以手机为人类日子中不可或缺的必需品。不论是前期黑金刚手机或如今功用强大的智能手机,皆需求电源才干运作。

   前期手机的电池主要有二种,一是镍氢、镍镉电池,二是锂离子电池,但现在运用镍氢、镍镉电池来做为电源的手机,现已是十分的罕见,绝大部分都是运用锂离 子电池,特别顾客期望手机待机时刻更长,且体积要更小,所以镍氢、镍镉电池现已渐渐不能契合顾客的期望而被筛选。 尽管镍氢、镍镉电池在价格以及代替电池获得的便利性优于锂离子电池,在其他电子产品上依旧可看到镍氢、镍镉电池的踪影;可是,在体积、分量及容量方面,镍 氢、镍镉电池皆不如锂离子电池,所以如今标榜着轻浮矮小的电子产品,简直都是运用锂离子电池。

  智能型手机因其功用强大、屏幕耗电量大,更是需求电池容量大及电力更耐久的锂离子电池。当手机电池电量缺乏时,运用者通常会以充电器或调配一组移动电源随时对电池进行充电。

  体积/容量兼具 锂离子电池为电子产品首选

  充电电池依其原料的不同可分为四类:铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。

  

  表1 充电电池比较表

  由表1优缺点看来,镍镉、镍氢及锂离子电池较合适运用在电子产品上;而锂离子电池无论是在体积、分量及容量(电子产品的运用时刻)较优于镍镉、镍氢电池,也无回忆效应的问题,所以锂离子电池在电子产品运用上好像便利许多。

  延伸运用寿命 锂离子电池充/放电压成要害

   一般来说,锂离子电池会有电性安全的规模约束。因为锂离子电池的特性,当电池电压在充电时上升到最高设定电压后,要当即中止充电,避免电池因过充电形成 电池损毁而产生风险;电池供电(放电)时,电池电压假如降至最低设定电压以下便要中止放电,避免因过放电而下降运用寿命。

  此外,为保证电池运用上的安全,锂离子电池还有必要要加装短路维护,以避免产生风险;即便大多数的锂离子电池都有加装维护电路,但是在挑选优质的充电器或移动电源时,这依然是一项重要的考量要素。

  锂离子电池充电器首重安全

  充电器是将电池充至其额外电压的设备,而锂离子电池充电器有必要具有以下几点特性:

  1)可供给固定电流给充电电池

  当电池电压抵达最大值且不再上升时,其充电电流便会开端下降,如此可避免对电池过度充电,形成电池损害;当充电电流降至必定程度时,充电器将中止充电。

  2)保证电池具有可运用电压

  电池在充电完结后,若长期放置不运用会有天然放电的景象呈现,为避免电池过度自放电导致电池电压下降,当电池电压低于所设定电压时,充电器会从头开端对电池充电,保证电池在运用时还能保持必定电压。

  四阶段充电简述

  以下运用沛亨半导体的充电%&&&&&%(IC)–AIC6511做锂离子电池充电简介,图1为锂离子电池充电曲线图:

  

  图1 锂离子电池充电曲线图

  1)Trickle Charge or Pre-Charge

  此刻的锂离子电池电压小于3伏特(V),当充电器开端对电池充电时,因锂离子电池的特性,其内部阻抗会很大,故充电器会先以一细小电流对电池进行充电,此刻电池电压继续上升。

  2)定电流充电(Constant Current Charge, CC Charge)

  当电池充电电压上升至约3伏特时,充电器改以最大充电电流对电池进行定电流充电,此刻电池电压继续上升。

  3)定电压充电(Constant Voltage Charge, CV Charge)

  当电池充电电压上升至挨近锂离子电池的饱和点电压约4.2伏特时,充电器改以定电压形式对电池进行充电,此刻充电电流开端下降。

  4)Charge Full

  当充电电流降至细小电流时,充电器中止对电池充电。

  电池在充电完结后,若长期放置不运用会有天然放电的景象呈现,为避免电池过度放电导致电池电压下降,电源IC在锂离子电池电压降至4伏特时,会从头开端对电池进行CC Charge形式充电,保证电池在运用时还能保持必定电压。

  锂离子电池充电周期

  因锂离子电池的特性,若锂离子电池在充电之前已深度放电,此刻充电器会先以弱小电流对电池进行Pre-Charge充电(各家厂商设定值不同,本文运用典范的充电IC设定值约为10%的最大充电电流),充电时电池电压上升。

  当电池电压上升至约3伏特,充电器改以最大充电电流对电池进行CC Charge,电池电压继续上升。

  当电池充电电压上升至挨近锂离子电池的饱和点电压约4.2伏特时,充电器改以CV Charge对电池进行充电,此刻充电电流开端下降,当充电电流降至约等于Pre-Charge电流时,充电器中止对电池充电,即完结充电。

   不论是用通用序列总线(USB)或AC电源转换器(Adapter)输入电源对电池充电,当电池开端充电后,若充电时刻超越其设定时刻,充电器依然操作 于Pre-Charge形式而未进入CC Charge形式,或许依然操作于CC/CV Charge形式而未进入充电完结状况,则透过IC的充电计时维护功用使充电器中止对电池充电。

  充电计时维护保证电池安全

  图2为本文典范充电IC的脚位示意图,充电计时维护时刻由IC外部TMR脚位(Pin 15)的%&&&&&%CTMR设定,CTMR挑选方法如下:

  

  图2 AIC6511脚位示意图

  .Pre-Charge充电时刻:

  

  ……(Minutes)

  。完好充电时刻:

  

  ……Minutes)

   若电池在充电状况下,充电时刻已超越运用者所设定的充电计时维护时刻,但充电器却仍没有脱离当时的充电状况或完毕充电,这时IC的充电计时维护功用就会 当即发动,迫使充电器中止对电池充电(图3),此刻的STAT1(Pin 12)位准为High,LED1指示灯为不亮(图4);若将TMR(Pin 15)脚位衔接至GND(Pin 6)脚位,便能够免除使充电计时维护功用。

  

  图3 充电器是否正确检测电池充电景象,关于运用安全至关重要

  当输入电源重置、EN信号触发时,皆能免除充电计时维护时刻,使其从头计时。

  充电指示状况

  图4中,STAT1(Pin 12)及STAT2(Pin 13)内部为两个Open-Drain的N型金属氧化物半导体(NMOS)开关,有必要和VREF33脚位(Pin 7)或与其他有Pull-Up电阻的偏压电源衔接,其动作景象如表2所示。

  

  图4 AIC6511典型运用电路

  表2 充电指示状况表

  

  输入电源检测避免电池漏电流倒灌

  AC Adapter或USB两种不同输入电源皆可对电池充电。若一起接上AC Adapter及USB电源,IC内部开关会优先挑选AC Adapter端做为充电器的输入电源;但是,应避免此状况产生。

  .ACIN

  图4中供一般插座之Adapter电源于VIN脚位(Pin 2)输入,在ACIN充电形式下,能以高达2安培(A)之充电电流对电池进行充电,最大充电电流由RS1电阻设定。

  .USBIN

  USBIN脚位(Pin 5)供USB电源输入。在挑选USBIN充电形式时,其输入约束电流由RILIM电阻设定,设定500毫安(mA)适用于USB 2.0,900毫安适用于USB 3.0.

   当运用USBIN形式时,CC Charge电流会随不同输入电压和电池电压改变,藉由检测在CC Charge时流经RS1电阻的电流来调理其固定输入约束电流IUSB_LIM.在充电过程中,若将AC Adapter及USB电源移除,IC内部开关皆会截止并发动防倒灌维护功用,避免电池漏电流逆向倒灌回输入电源端。  充电电流设定

  本文典范芯片供给USB及AC Adapter两种输入电源形式挑选对电池充电,其充电电流设定如下:

  .ACIN充电电流:

  透过图4中RS1电阻可设定高达2安培的最大充电电流(Maximum Charge Current)。

  

  ……(A)

  .Trickle or Pre-Charge充电电流:

  不论是ACIN或USBIN,其充电电流(Pre-Charge Current)约为10%的最大充电电流。

  

  ……(A)

  .USBIN输入约束电流:

  透过RILIM电阻可设定其输入约束电流(USBIN Input Current Limit)。

  

  ……(mA)

  NTC热敏电阻保持电池温度安全

  负温度系数(Negative Temperature Coefficient, NTC)热敏电阻的阻值与温度成反比,会因高温递减、低温递加,且温度系数十分大,可用于检测细小的温度改变,因此被广泛的运用在温度的量测与补偿操控。

  图5为电池温度检测电路,透过图4中NTC脚位(Pin 14)检测NTC热敏电阻的电压,充电%&&&&&%能继续检测电池的温度,保证电池温度的安全操作规模。

  

  图5 电池温度检测电路

  由NTC脚位(Pin 14)上的电压与NTC高低温位准比较,可得知电池操作温度是否正常;一旦检测到电池温度超越正常操作温度规模,会当即封闭内部的同步降压器并中止充电动作;当电池温度回复至正常温度规模时,充电器将从头康复充电动作。

   内建的NTC磁滞温度比较器,可接受的电压规模为32?74%的VREF33.假定选用103AT-2类型的热敏电阻做为温度传感器(操作温度为 -10?40℃,阻值RTL与RTH为5.827千欧姆(kΩ)与42.470千欧姆),RTL为热敏电阻在低温时的电阻值,RTH为热敏电阻在高温时的 电阻值,依据所选用类型的热敏电阻在高低温时不同的电阻值,再与RT1及RT2合作,将温度信号转变成电压信号,可推算出RT1、RT2的电阻值,核算方 式如下:

  

……(热敏电阻10

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