多化学电池充电器IC的设计问题分析

设计用于镍，锂离子，铅酸电池的电池充电器IC需要适当的充电和安全考虑。前提是需要开发一种全面的计费算法，这取决于我门需要支持的化学成分。实现此类设计的最便捷方式是使用带微处理器的集成，灵活，多化学类型的电池充电器。微处理器用于识别电池化学成分并将其调整到适当的充电条件，包括终止标准。微处理器还监控操作条件以确保安全。

不同的化学电池具有根本不同的充电方式

镍氢（NiMH）电池在整个充电周期中需要恒定电流。根据恒定电流后的最大额定离散电压，锂离子电池也需要恒定电压。铅酸电池单元也需要恒定电压，然后是恒定电压级，但只需添加最后的浮动电荷级。以下是对这些中的每一个的描述。

1、NiMH电池

一种广泛使用的技术，用于在用恒定电流充电时确定镍氢电池的最大电荷，以监测是否发生大约8到16mV的电压或10℃的情况下突然温升。在任何一种情况下，发生这种情况需要至少0.5℃的充电速率（1C是合适的）。（“Crate”由电池容量定义。如果电池额定值为1,500mAh，则1C充电速率为1.5A。）对于使用电压降技术的独立充电IC，注意布局。该噪声可以提供错误的完全充电指示。要使用多化学电荷IC实现恒定电流充电，必须设置反馈电阻，使电荷调节电压高于电池可达到的电压。

2、锂离子电池

每个锂锰氧化物（LiMn2O4的）和锂-钴-氧化物（LiCoO2）电池的最大额定电压通常为4.2V，而电池的最近锂铁磷酸盐（磷酸铁）为3.7V。当达到最大额定电压时，电压保持恒定，当达到适当的“锥形”点时，电流逐渐减小以指示最大充电电池。独立充电IC的锥度通常是快速充电速率的十分之一。但是，通过灵活的基于微控制器的架构，设计人员可以选择在充电周期的任何时刻终止充电。当充电使用“旁通”单元平衡电路中的智能电池，所述电压是相对恒定的，由于单电池平衡了仅当电流逐渐减小，需要在充电终止时的更长充电时间。

3、铅酸电池

如锂离子电池的铅酸电池单元到下一个阶段需要恒压恒流充电只是这些细胞需要最终浮动充电阶段。铅蓄电池充电的速率比镍或锂离子电池慢得多。充电时间可以从12小时到36小时，具体取决于电池容量。根据几个关键的妥协，单个电池的适当充电电压在2.3V和2.45V之间。以较低电压对电池充电可以最大化使用寿命，但是它可能导致阴极板的硫酸化。在较高电压下充电可缩短充电时间，但较高的温度可能导致电池过热。最后的浮动充电阶段应将电压降低至每个电池约2.25V。该规范有一些例外情况，具体取决于供应商，因此您应仔细检查您的电池数据表和规格，了解正确的充电和安全条件。

电池充电器

多化学电池充电器和微处理器，可以广泛用于任何电池的充电

灵活的多化学电池充电器和微处理器可用于实现任何电池化学的充电算法的所有方面。对于可以采取所有的锂离子或镍包，在设计标识（ID），包插入/移除识别合适的化学的优点的便携式应用，充电温度范围，充电阈值，系统监测和故障报告，输入功率损耗等等。

注意了，如果需要判断电池组化学，那我就要使用附加引脚上的ID寄存器，微控制器可以通过模数转换器的输入读取该寄存器。此配置不仅可以监控ID寄存器，还可以确定电池组何时插入充电座。还可以区分不同尺寸的电池，例如双容量电池组。

电池通常在0至50℃的温度范围内充电，但如果电池以低速和低电压充电，则可以加宽该范围。当环境温度极高时，锂离子电池的有效放电可以被认为是每个电池3.7V至3.9V。在所有情况下，高温会缩短电池寿命。

确定化学ID在可接受的温度范围内，将充电IC具有以确定该电池通常必须缓慢地作为快速填充速度的1/10低电压充电。在镍电池的情况下，低电压安全阈值被认为是不低于每单元0.9V或更多，标准的锂电池是低于3.0V，最后LiFePO4的电压是最小1.5V。如果在涓流充电期间电池电压在30分钟内没有超过此安全阈值，则认为电池已损坏并且充电停止。

完成所有这些安全检查后，电池被认为是良好的并且快速充电模式的开始。在充电期间，必须持续监控温度，充电电流和电池电压。必须为这些测量中的每一个存储三个值。可以大约每100毫秒获取每个数据点，并使用这些值的平均值进行计算。

看门狗安全定时器是防止微处理器由于意外编码错误而无法识别的好方法。特定故障条件可以作为唯一位于存储在故障寄存器中，并且系统可以查询微处理器以读取它或通过LED或显示器将其显示给用户。最后，应该设计充电算法，以便在输入电源中断或移除和插入电池组时，将恢复整体识别和充电过程。

TI提供多种多化学类型的电池IC，来满足不同需求充电IC的设计

例如，PMP3914评估模块中使用的bq24703多化学充电IC和MSP430F2012超低功耗微控制器可识别并充电镍氢电池或锂离子电池组。该设计还包括一个75W离线转换器，输入电压为108-132V，输出电压为25V，采用TI的UCC28600绿色模式准谐振反激PWM控制器。

bq24703是适合充电的高电压（21V）5S2P锂离子电池组或25V15s1p镍氢电池组，充电IC异步与高侧控制的pFET。“S”被示出多少会指示该单元连接，“p”表示的是电池串的数目很多的并联连接，以实现所期望的电池组电压，以实现在所述串联串的期望组容量。。对于异步充电IC，充电电流限制在约3A。的这样的其它多化学充电IC作为TIbq24704bq24750A或可以提供更连续的充电电流10A为同步降压转换器。

总结

设计多化学电池充电器IC时，不仅需要了解单个电池的特性，还需要了解整体安全性。例如，通过使用在充电锂离子电池，镍时的多化学充电IC和微控制器之间的差，铅酸电池检查我们如何可以实现充电算法。我们还研究了安全考虑因素，包括欠压和过压条件下的系统监控，过充电和极端温度。