如何正確選型鋰電池充電管理芯片?
想要更好地使用鋰離子電池,更大地發(fā)揮它的作用,如何更高效更穩(wěn)定地為其充電變得尤為重要,該如何更好地給鋰離子電池充電呢?
下圖為典型鋰離子電池充電曲線:
其充電階段可分為如下5個階段:
涓流充電
預(yù)充電
恒流充電
恒壓充電
充電截止
看起來好像并沒有那么復(fù)雜,可是鋰離子電池應(yīng)用如此之多,怎樣才能根據(jù)不同的應(yīng)用來選擇最佳的充電管理方案呢?
其實我們可以從這四個維度來考量和分析:
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大多數(shù)便攜式設(shè)備從USB端口充電,有以下幾種類型
a). USB-A:
通常5V @ 1.5A最大,但可以支持快速充電和其他標(biāo)準(zhǔn)高達12V
b). USB-C:
5V @ 3A最大,但如果USB-PD是支持的,這可以增加到20V @ 5A
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如果設(shè)備通過USB充電,它必須始終支持5V操作,這意味著充電器IC拓撲必須能夠支持這個操作。
a). 例如,對于2s電池(最大Vbatt >= 8.4V),需要使用boost或buck-boost拓撲
b). 如果設(shè)備不從USB充電,那么幾乎總是一個降壓拓撲可以使用,因為輸入電壓將總是高于電池電壓。
電池管理IC的一大難題就是其控制環(huán)路比較多,不僅要對輸入端進行管理(輸入電壓和輸入電流調(diào)節(jié)),還要給系統(tǒng)端供電(對系統(tǒng)電壓進行調(diào)節(jié)),同時,還需要不停地監(jiān)控系統(tǒng)的溫度,以實現(xiàn)充電的性能和熱性能達到平衡。
充電管理IC不光光具有充電管理功能,還肩負著能量管理的任務(wù)。如何分配輸入端到電池到系統(tǒng)的能量,就涉及到路徑管理。
基于不同的連接方式,有三種路徑管理方法:
其中,第三種NVDC作為目前很流行的結(jié)構(gòu),其主要優(yōu)點有:
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最小系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)使用低壓電池可瞬間啟動
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系統(tǒng)始終跟隨電池電壓,以減小系統(tǒng)各部件的電壓應(yīng)力。
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當(dāng)輸入功率有限時,電池可以作為系統(tǒng)的補充。
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系統(tǒng)可以從電池斷開,以支持運輸模式
NVDC Charger充電曲線有個很重要的特征:具有窄的系統(tǒng)電壓。
當(dāng)電池電壓比較低的時候,會把系統(tǒng)調(diào)節(jié)到最低的工作點,然后使用Battery FET給電池進行涓流/預(yù)充電,當(dāng)電池電壓高到一個閾值時,會把電池和系統(tǒng)接在一起,進行快速充電,電池充滿后,系統(tǒng)會再高一點點,保證壓差。
因此,無論電池高還是低,系統(tǒng)總是有個最低的電壓,最高電壓也不會太高,會有個比較窄的系統(tǒng)電壓。
典型充電曲線(工作條件:VIN=16V, VBATT ramp from 0V, ICHG=1.84A, ISYS=1A)
所有的工作方式都是從輸入到系統(tǒng)/輸入到電池,其實變換器本身很多時候是同步的,對于功率級來講,既可以正向工作,又可以反向工作,比如OTG或PD功能,需要電池放電給其他設(shè)備供電。
通過對以上四個維度的整合,當(dāng)你遇到Buck拓撲,需要NVDC路徑管理、OTG功能的應(yīng)用時,選型便不是問題了。
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