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[讨论]电池充电器在便携电源产品中的应用趋势 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2013-06-03

关键词：电池电源充电

便携式电源的应用范围很广，也很多样化。产品包括消耗 uW 级平均功率的无线传感器节点以及可用小车推着的、电池组耗电数百瓦-时的医疗或数据采集系统。不过，尽管应用种类很多，仍然出现了几个趋势，设计师日益需要给产品提供更大的功率，以支持不断增多的功能，同时也在考虑怎样用任何可用电源给电池充电。
    要满足第一种需求，就要提高电池容量。不幸的是，用户大多比较心急，容量提高以后，还必须在一个合理的时间内充满电，这就导致要增大充电电流。要满足第二种需求，就要求电池充电解决方案提供极大的灵活性。本文将更详细地讨论这些问题。
    更大的功率
    考虑一下新式手持式设备，面向消费者的设备和工业设备都可能包括蜂窝电话调制解调器、Wi-Fi 模块、蓝牙模块、大尺寸背光照明显示屏 … 等等。很多手持式设备的电源架构都与蜂窝电话的非常相似。一般情况下，用一个 3.7V 的锂离子电池作为主电源，因为锂离子电池按重量和按体积的能量密度都很高 (单位分别为 Wh/kg 和 Wh/m3)。过去，很多大功率设备都采用 7.4V 锂离子电池，以降低电流要求，不过低价 5V 电源管理 IC 的上市已经促使越来越多的手持式设备采用了电压更低的架构。平板电脑很好地说明了这一点：一个典型的平板电脑有极多的功能以及非常大的显示屏 (就便携式设备而言)。用 3.7V 电池供电时，其容量必须以数千毫安-小时计算。为了在几个小时内给这样一个电池充满电，需要数千 mA 的充电电流。
    然而，如果没有大电流交流适配器，尽管充电电流这么高，也不能防止消费者用 USB 端口给大功率设备充电的想法。为了满足这种需求，当交流适配器可用时，电池充电器必须能以大电流 (>2A) 充电，而在没有交流适配器可用时，电池充电器必须仍能高效地利用 USB 端口提供 2.5W 至 4.5W 功率。此外，器件必须保护敏感的下游低压组件免受可能出现过压情况所导致的损坏，同时必须无缝地将大电流从 USB 输入、交流适配器或电池传送到负载，并最大限度地降低功耗。另外，该 IC 还必须安全地管理电池充电算法，并监视关键的系统参数。
    多种输入源
    用户要用多种输入源给电池充电有几个原因。有些应用也许需要摆脱电网的束缚，而靠太阳能电池板供电。另一些应用则可能要求能方便地用交流适配器、汽车电池或高压工业及电信电源充电。无论出于何种原因，这要求都给电池充电系统增加了极大的负担。大多数电池充电器都利用降压型 (开关或线性) 架构，用高于电池最高电压的电压源给电池充电。以前的充电器产品输入电压一般限制为大约 30V。这样的限制使设计师无法将电信电源或者具 42V 开路电压的太阳能电池板作为可行的输入电源。在有些情况下，希望使用的输入电源电压涵盖了高于和低于电池电压的范围。设计一款应对此类难题的解决方案通常需要混合使用高精度的电流检测放大器、ADC、一个用于控制充电的微处理器、一个高性能 DC/DC 转换器以及一个理想二极管或多路复用电路。
    强大的充电解决方案提供无与伦比的灵活性
    LTC4000 可将任何外部补偿的 DC/DC 电源转换成具电源通路 (PowerPath?) 控制的全功能电池充电器。可由 LTC4000 驱动的典型 DC/DC 转换器拓扑包括但不限于：降压、升压、降压-升压、SEPIC 和反激式拓扑。该器件提供精确的输入和充电电流调节，在 3V 至 60V 的宽输入和输出电压范围内工作，实现了与各种不同的输入电压源、以及不同尺寸和化学组成的电池组的兼容性。由于该器件的通用型配置，因此其典型应用十分广泛，包括高功率电池充电器系统、高性能便携式仪器、电池后备系统、配有工业电池的设备以及笔记本 / 小型笔记本电脑。