便攜式電子裝置電池的充電管理
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
摘要：結合應用實例，簡要介紹了幾種充電電池的不同特性，及BQ2000充電管理芯片的應用以及使用中的注意事項。
本文引用地址：http://2s4d.com/article/179731.htm關鍵詞：充電電池；充電管理；集成電路BQ2000
Management of Chargeable Batteries for Portable Electronic Devices
WU Zhan-xian
Abstract:The different property of some chargeable batteries,the applications of IC BQ2000 for management of chargeable batteries,and the key point in use are introduced by applied examples.
Keywords:Chargeable battery; Management of chargeable batteries; IC BQ2000
1 引言
隨著科技的進步，個人電子裝置正日新月異、突飛猛進地向前發(fā)展。手機、筆記本電腦、數碼相機等便攜式裝置己越來越變成人們生活的必需品。便攜式裝置配備的現代化學電池對充電管理要求是比較嚴格的。如果能從充電控制、安全、體積及成本諸方面考慮，為這些現代化學電池提供優(yōu)質的充電管理，對最終用戶來說，比使用一次性電池更為方便，又能降低使用成本；對制造商來說，也能增加自己的競爭力。
本文以TI公司研制的多化學結構電池充電管理集成電路BQ2000為例，探討便攜式電子裝置配備的電池充電控制的最新技術。
2 便攜式裝置可充電電池及其充電技術現狀
現在應用的可充電電池有多種多樣，其中鎳鎘(Ni-Cd)、鎳金屬氫(Ni-MH)和鋰離子(Li-Ion)電池是其中的三大競爭者，表1列出了它們各自的特點。
表1 3種 可 充 電 電 池 的 特 性 比 較
| 電池特性 | Ni-Cd | Ni-MH | Li-Ion |
|---|---|---|---|
| 能量密度Wh/kg | 40 | 60 | 90＋ |
| 工作電壓/V | 1.2 | 1.2 | 3.6 |
| 開路電壓/V | 1.3 | 1.3 | 3.6 |
| 快充電流 | 1C | 1C | 1C |
| 充電方法 | 恒流法 | 恒流法 | 先恒流，再恒壓 |
| 基本充電終結法 | PVD | PVD或ΔT/Δt | 最小電流法 |
| 放電電壓范圍/V | 1.0～1.2 | 1.0～1.2 | 3.0～3.8 |
| 月平均自放電率 | 15％ | 20％ | 6％ |
從表1可看出，Ni-Cd電池的能量密度最低，而Li-Ion電池能量密度最高。就成本而言，Ni-MH電池居于其余兩者之間，由于Ni-MH電池近幾年來性能有長足的改進，因而需要較高能量密度的場合，Ni-MH電池具有較強的成本競爭力。
便攜式裝置的制造商利用各種電池的不同特性來實現他們的產品性能和成本目標，以便在市場上較好地定位和區(qū)分他們的產品。這些電池不同的性價比也使得制造商為同產品提供多種電池組選擇，使消費者可根據自身的需要來選擇適合的電池。這樣一來電池多樣化的局面便形成了，而各種充電裝置也必須支持多種化學電池的充電方法。
圍繞電池充電這一問題，人們想了不少辦法，各種充電控制方法應運而生。以前，一般都是采用一些常用的集成電路和分立電子元器件搭構成具有一定功能的裝置，對充電電壓或充電電流加以控制。
對于現代Ni-Cd、Ni-MH及Li-Ion電池的再充電，其典型的控制方法是用一個具有模/數變換的微處理器，不同的開關變換器充電控制電路及帶溫度補償的不同的電壓基準，加上有關鎳基和鋰基化學的相應知識來設計預充電判定、狀態(tài)處理、充電計算和維護充電的技術來進行。完成這樣的充電控制，成本是比較昂貴的，工藝也比較復雜，充電器體積相對來說也較大。為了降低成本，縮小體積，減少設計的復雜程度，BENCHMARK公司（已被TI收購）研制了一種全集成且能為多種化學結構電池充電進行管理的，半導體集成電路BQ2000。
3 BQ2000簡介
BQ2000是一種8腳開關型充電控制集成電路，適用于多種化學結構電池的充電管理，能實現高精度充電控制。它簡化了LiIon、NiCd和NiMH電池的充電過程，把必要的功率轉換和多種化學結構電池的充電控制算法及其它許多現代化學電池充電需要的功能電路制作到同一塊半導體集成電路芯片上。
其主要特點如下：
——可對鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池進行安全充電管理；
——高頻開關模式控制器使得充電效率可達90％以上；
——可防止對電池組的過充電和欠充電；
——初充電模式可檢測電池短路、損壞以及電池過熱；
——快速充電結束方式，對鎳基電池可選擇為峰值電壓（PVD）和最長時間關斷模式，對鋰電池可選擇為最小電流和最長時間關斷模式；
——可編程的涓流充電方式，使嚴重虧電電池得以恢復，并有過充維護功能；
——補足充電模式可使鎳氫電池達到最大容量；
——電池組放入與取出檢測；
——低功耗的休眠方式。
圖1是BQ2000的管腳排列圖，而圖2則是其簡略功能方框圖。
圖1 BQ2000管 腳 排 列 圖
圖2 BQ2000功 能 方 框 圖
各管腳功能如下:
腳1（SNS） 充電電流檢測輸入端（此端口利用與電池組相串聯的檢測電阻上的電壓來限制充電電流）。
腳2（Vss） 電源地。
腳3（LED） 充電狀態(tài)輸出端。用一只外接發(fā)光二極管的亮、暗及閃爍來顯示不同的充電狀態(tài)。
腳4（BAT） 電池電壓的輸入端。由一個加在充電電池兩端的電阻分壓器，產生此電池的電壓檢測輸入信號。
腳5（Ts） 溫度檢測輸入端。是充電電池組溫度檢測電路的輸入，它由外接電阻和負溫度系數的熱敏電阻組成，用于設定高低溫度的閾值。
腳6（RC） 定時器的程序輸入。在充電循環(huán)中，RC輸入為最大充電時間，對關斷周期和涓流充電率進行編程，且可控制有無補足充電模式。
腳7（Vcc） 芯片電源引入引腳。
腳8（MOD） 充電控制輸出端。用來控制電池的充電電流。
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