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如何正确选型锂电池充电管理芯片?
文章来源:永阜康科技 更新时间:2024/6/6 10:08:00
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想要更好地使用锂离子电池,更大地发挥它的作用,如何更高效更稳定地为其充电变得尤为重要,该如何更好地给锂离子电池充电呢?


 首先让我们来搞清楚锂离子电池的充电过程:

下图为典型锂离子电池充电曲线:

其充电阶段可分为如下5个阶段:

涓流充电

预充电

恒流充电

恒压充电

充电截止

针对每个不同的阶段,通过分别对应不同电压的阈值来管理充电过程。

02

看起来好像并没有那么复杂,可是锂离子电池应用如此之多,怎样才能根据不同的应用来选择最佳的充电管理方案呢?

其实我们可以从这四个维度来考量和分析:

拓扑

  • 大多数便携式设备从USB端口充电,有以下几种类型

    a). USB-A:

    通常5V @ 1.5A最大,但可以支持快速充电和其他标准高达12V

    b). USB-C:

    5V @ 3A最大,但如果USB-PD是支持的,这可以增加到20V @ 5A

  • 如果设备通过USB充电,它必须始终支持5V操作,这意味着充电器IC拓扑必须能够支持这个操作。

    a). 例如,对于2s电池(最大Vbatt >= 8.4V),需要使用boost或buck-boost拓扑

    b). 如果设备不从USB充电,那么几乎总是一个降压拓扑可以使用,因为输入电压将总是高于电池电压。


环路控制

电池管理IC的一大难题就是其控制环路比较多,不仅要对输入端进行管理(输入电压和输入电流调节),还要给系统端供电(对系统电压进行调节),同时,还需要不停地监控系统的温度,以实现充电的性能和热性能达到平衡。


路径管理

充电管理IC不光光具有充电管理功能,还肩负着能量管理的任务。如何分配输入端到电池到系统的能量,就涉及到路径管理。

基于不同的连接方式,有三种路径管理方法:

其中,第三种NVDC作为目前很流行的结构,其主要优点有:

  • 最小系统电压调节使用低压电池可瞬间启动

  • 系统始终跟随电池电压,以减小系统各部件的电压应力。

  • 当输入功率有限时,电池可以作为系统的补充。

  • 系统可以从电池断开,以支持运输模式

NVDC Charger充电曲线有个很重要的特征:具有窄的系统电压

当电池电压比较低的时候,会把系统调节到最低的工作点,然后使用Battery FET给电池进行涓流/预充电,当电池电压高到一个阈值时,会把电池和系统接在一起,进行快速充电,电池充满后,系统会再高一点点,保证压差。

因此,无论电池高还是低,系统总是有个最低的电压,最高电压也不会太高,会有个比较窄的系统电压。

典型充电曲线(工作条件:VIN=16V, VBATT ramp from 0V, ICHG=1.84A, ISYS=1A)


反向工作

所有的工作方式都是从输入到系统/输入到电池,其实变换器本身很多时候是同步的,对于功率级来讲,既可以正向工作,又可以反向工作,比如OTG或PD功能,需要电池放电给其他设备供电。


通过对以上四个维度的整合,当你遇到Buck拓扑,需要NVDC路径管理、OTG功能的应用时,选型便不是问题了。

 
 
 
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