[转载] 充电器集成电路的特点
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 楼主 | 发布于 2019-04-28 | 只看楼主
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随着便携式电子产品在各个领域的广泛应用,作为电源的充电电池如镰镉电池、镍氢电池及锂电池的性能要求越来越高,与之配合的充电器集成电路的发展也日益引入瞩目。

世界各国半导体器件生产厂家为了占领这个市场,纷纷推出自己的充电器集成电路新产品。生产厂家之多,新产品开发之快,竞争之激烈,达到空前程度。据不完全统计,生产充电器集成电路的厂家有十几个之多,其产品型号如下表所示。

生产充电器集成电路的厂家

充电器的性能指标

现代充电器的主要要求是充电时间短及安全(不损伤电池及缩短电池寿命)。这就要求充电器集成电路能驱动大电流并有较强的检测能力和完善的充电过程。

一般快速充电器充电时间都在1小时之内,故要求充电电流大。大部分充电器集成电路允许1c-5c的充电率(老式充电器按标准充电方式,其充电率是C/10)。如PHILIPS公司的TEA1101,其充电率可达1c-5c,可在0.5小时内充完800mAh的电池,在1小时内充完1600mAh的电池。ICS公司的1CS1700采用4C充电率,可在20分钟内充满500mAh的镰镉电池。BENCHMARQ公司用bq2005集成电路做成的充电器充镍氢电池的时间为1~1.5小时,而充镍镉电池仅需10~20分钟。

在充电过程中,电池内部温度、压力随电压的增加而增加,特别是在快充满时,其增加速度甚快。其关系曲线如下图所示。

关系曲线

电池是否充满的依据是以下1项或几项:(1)检测到一△V/△t(一般称为一△);(2)检测到设定的最高充电电压Vmax(根据充电电池个数而定),(3)检测到的最高温度Tmax、AT或△T/△t;(4)达到设定的充电时间tmax。

-A的检测是大部分充电器集成电路判断是否充满的主要依据,而Vmax、Tmax、tmax一般仅作为保护措施,因为在充电时,测量温度与环境温度影响较大,不容易测准。

对镍氢电池来说,过度充电引起的高温加剧内部氢气活动,压力增加过高有爆炸的危险。另外,镍氢电池快充满时,其一△值很小,甚至△V/△t≈O,故对检测灵敏度的要求很高。因此,有的充电器集成电路在检测到镍氢电池的AV/At=O时,即认为充满,也有充电器以检测AT/At作为结束镍氢电池快充的依据(bq2003)。如PHII.IPS公司的TEA1100对一△的检测分辨率为7.5mV/单元,其后开发出的TEA1101的分辨率提高到2mV/单元。后者适于充镍氢电池。

充电方式殊途同归

老式的充电器采用恒压充电或恒流充电,即在整个充电过程中,充电电压及电流是不变的。新一代的充电器集成电路则因设计者不同而充电过程各异。

一般最简单的快速充电器的充电过程分为两个阶段:快速充电及涓流充电。当充电器检测到一△后,自动从快速充电转为涓流充电。快速充电率与滑流充电率可由用户选择。如TEA1101快速充电率为1c~5c,其涓流充电率可在0.05c~0.25C范围内选择。

ICS公司的ICS1700采用该公司的专利充电方式(Reflex充电方式)。在充电过程中,它以秒为操作单位,在每一单位分四个阶段。第一阶段为983ms,处于充电状态;第二阶段为2ms,停止充电;第三阶段为5ms,大电流放电;第四阶段为lOms,供检测读取电压数据。这种充电方式如图(a)所示。采用这种充电方式可防止充电过程中在电极板上形成化学结晶。

充电方式

ICS1700内部有一个16位的ROM及一个简单的数字信号处理器(DSP)。ICS1700A又有新的改进,增加了软启动功能,仍分四个阶段充电,如图(b)所示。

BENCHMARQ公司的bq2003充电分四个阶段

如上图所示,BENCHMARQ公司的bq2003充电分四个阶段,①待充电(对电池检测);②放电(每个电池放到1V);③快速充电(以脉冲方式充电);④补充充电(允4秒后停30秒的循环方式,也是按脉冲方式充电)。

ChipSGARDEN公司的UT500的充电方式与ICS1700有相似之处。它有4ms的大电流放电时间,如下图所示。

4ms的大电流放电时间

ATC105充电器集成电路采用先放电再充电的方式,并有自动转换功能。这种充电方式可防止因电池储电量没有用完就充电所造成的"记忆效应"(或称存储效应)。

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楼主 | 回复于 2019-04-28 沙发

附加功能各有千秋

为了提高充电器的性能,各公司都在充电器集成电路上增设了一些便于使用的附加功能。如ICS1700除了用一个LED显示充电状态外,还用两个LED来分别显示有无过温、电池是否不良。ATC105除用两个LED显示充电、放电状态外,还有一蜂鸣器可发出报警声,以表示电池故障(电池开路、短路等异常情况),如下表所示。CHIPSGARDEN公司的UT500有5个LED,分别表示充电电压的百分比(20%、40%、60%、80%、IOO%)。

表示电池故障

电池已充足

如表示100%的LED亮,表示电池已充足,如上图所示。它还可以通过译码器驱动LED,使之更为醒目,如下图所示。

译码器驱动LED

减少管脚简化电路

集成电路管脚的多少反应了内部结构复杂的程度,在一定程度上也反应出对外围元件的需求量。也就是说,在满足充电器性能条件下,充电器集成电路管脚越少,设计的水平越高。

BENCHMARQ公司的充电器集成电路中,bq2001是24脚器件。bq2003是16脚器件,而最新的bq2002则是一个8脚器件.bq2002同样能充镍镉电池及镍氢电池,能检测一△、最高温度Tmax及最长充电时间tmax。它可分三个阶段充电(快速充电、补充充电及涓流充电)。8脚bq2002的问世是一个较大的突破。

DALLAS公司的DS1633型充电器集成电路在功能上不如其它公司的产品完善,仅仅是检测充电电池的Vmax及充电时间tmax,但它是一个三端器件,不需外围元件,使用十分方便。这是它独特的优点。DS1633内部有EPROM,其充电时间为8小时,充电电流因型号不同有所差异,如表3所示。

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回复于 2019-04-29 2#

谢谢分享
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回复于 2019-04-30 3#

感谢分享!全国大学生电子设计竞赛已经进入备战期啦!我建了一个交流的QQ群供参与电赛的伙伴交流,QQ群:434614836
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回复于 2019-05-22 4#

支持下,谢谢分享!
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