大容量锂离子电池的充电

新型便携式电子设计正在不断提升系统性能，设计人员添加新的特性，系统的功率要求也随着其性能提高而上升。这种趋势也导致对容量极大的锂离子电池组进行开发，因为它们能供应充分的系统运行时间。关于大多数便携式消费类产品而言，锂离子电池已经成为首选电源。它们与其他类型的电池相比有很多优越性，如能量密度更高和电池电压更高。但是，随着电池可用容量增大以满足当今不断上升的功率要求，用户关于缩短电池充电时间及缩小电池体积的要求随之新增。实现这些要求成为设计人员面对的重大挑战。

锂离子或锂聚合物电池组的最佳充电速率为1C，这意味着一个1000mAh的电池组要以1A的电流进行快速充电，以这种速率充电可以实现最短的充电时间，而且不会降低电池组的性能及缩短使用寿命。关于容量不断新增的电池组，欲达到这种满意的充电速率，提高充电电流值是不可防止的。这就导致设计上的一些重大难题，其中最重要的是在充电管理控制器IC内以及在系统板上出现的热量问题。为了解决这些问题，必须进行周密细致的散热设计。下面的分析将表明，在充电管理IC上由集成通路晶体管耗散掉大部分热量，它在很多情况下都是设计性能和运行范围的一个限定因素。

一节和两节锂离子电池应用中最常用的充电器类型是线性电池充电器，其功耗可以由下式算出：

pD=(VDD-VBATTERY)ICHARGE

其中pD：功耗

VDD：输入(适配器)电压

VBATTERY：电池电压

ICHARGE：快速充电电流

上面的公式表明，当输入电压与电池电压之差以及充电电流都高时，最糟的情况就会出现。我们来计算一种典型情况下的功耗，这种情况是汽车适配器或墙上适配器供应5V±10%的供电电压，电池电压为3.0V，而快速充电电流是1A(即对1000mAh电池以1C的充电速率充电)。在这种情况下功耗为：

pD=(5.5V-3.0V)1A=2.5W

MCp7384X供应±0.5%的电压调节精度(最大值)。由于电池充电过度和充电不足都会降低电池的性能并缩短使用寿命，所以充电管理控制器IC为电池供应高精度的电压是非常重要的。超过充电结束电压虽然在短时间来说能使可用电池能量新增，但是，持续的过度充电会使可用充电次数明显减少，或引发安全问题。另一方面，充电不足会减少电池的可用容量，从而缩短了电池的可用时间。因此，供应精确调节的电压可充分利用电池容量，而且保证使用的安全性。图2和图3表明，只要电压精度稍有降低，电池容量就会大大减小。