如何选择一个锂电池充电管理芯片

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John b .前言,被认为是锂离子电池(锂)的父亲,成为最古老的诺贝尔奖得主时,他被授予2019年诺贝尔化学奖的开创性工作。现在,锂离子电池是利用在生活的各个方面对于大多数消费者因为他们使电子设备的轻量级和持久。例如,大多数手机依赖一个锂电池长时间运行时,可移植性,方便充电。

是很重要的高效充电锂离子电池,最大限度地利用。

如何充电锂电池

首先,让我们分析锂离子电池充电的过程。充电过程可分为四个不同的阶段:细流,pre-charge,恒流充电和恒压充电。图1显示了一个典型的锂离子电池的充电曲线。

图1:锂离子电池充电曲线

看起来简单,但是有很多参数选择时需要考虑的一个电池充电解决方案。图2显示了四个主要考虑当选择一个解决方案。

图2:电池充电器设计——关键因素

下面更详细地描述这些注意事项:

拓扑结构

电池充电器系统设计者必须选择拓扑基于输入电压范围,配置,电池充电电流,和其他系统级优先级(见图3)

图3:电池充电器拓扑

例如,大多数便携式设备从一个USB端口。主要有两个USB类型:

  • USB a类型:通常5 v最大1.5,这个USB类型可以支持快速充电(在其他标准)12 v
  • USB c型:5 v最多在3。如果USB-PD支持,这可以增加到5点20 v

如果设备通过USB接口充电,它必须支持5 v操作。例如,对于电池串联(最大VBATT≥8.4 v),使用刺激或buck-boost拓扑。如果设备没有从USB接口充电,建议使用buck拓扑因为输入电压总是超过电池电压。

控制回路

电池管理芯片的一个主要挑战是,他们有多个控制回路。它们不仅需要管理输入电压和电流,他们还必须管理系统的权力,电池充电电流和电压,电池温度,和其他参数(见图4)。例如,系统经常根据电池温度调整电池充电电流。

图4:各种控制回路电池充电器集成电路

电源路径管理

电源路径管理控制回路动态调整充电电流,根据输入源电流能力和系统负载电流的要求。这确保了系统接收所需的电流,同时使用过量充电电池充电。

图5:电池充电器系统架构

根据电池充电器的功能,有三种典型的架构。

第一个架构直接连接电池系统供应,并要求电池电压达到最低操作系统电压。

第二个是直通的方法,它使用外部交换机管理电池充电和系统路径。

第三个架构是NVDC电源路径管理,这是一种常见的方法,前两种体系结构具有以下优点:

  • 系统可以即时启动,即使低电池电压
  • 系统电压与电池电压降低系统组件的电压应力
  • 当输入功率是有限的,电池可以补充系统
  • 系统可以断开电池支持运输模式

图6显示NVDC充电器充电曲线操作。

图6:锂离子充电曲线与NVDC特性

当电池电压较低时,系统电压调节最低的操作点(图6中VSYS_REG_MIN)。当电池电压接近VSYS_REG_MIN,电池和系统电压密切跟踪对方。因此,无论电池的状态时,系统电压总是保持在一个狭窄的范围内。图7显示了现实世界范围的情节。

图7:典型的充电曲线(工作条件:V= 16 V, V棉絮增加从0 v, ICHG = 1.84,我SYS= 1)

反向操作

上面讨论的电池充电器操作使用充电电池或输入电源系统。还可以提供反向操作,如USB OTG功能通过。电池充电器,USB OTG功能允许设备的内部电池电力设备通过设备的输入端口。

MP2731电池充电电路

如果应用程序需要NVDC电源路径管理和OTG功能,MP2731电池充电器集成电路可以完全满足您的需求(见图8)

图8:MP2731原理和主要功能

MP2731是一个完全集成的电池充电器,支持这些模式并提供效率高,以及令人印象深刻的热力性能

图9:效率高和热性能

随着锂离子电池继续使用在现代设备和系统中,这是至关重要的持续评估如何使他们更有效和节省成本。有这么多的架构和充电器可供选择,议员可以简化过程和产品MP2731

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