充电器 IC：满足不同电池需求，推动便携式电子产品发展

充电器 IC：满足不同电池需求，推动便携式电子产品发展

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便携式电子产品的快速发展，使得电池的品种、性能不断提高，不可充电的一次性电池或可充电电池的产量大幅度增加。目前，可充电电池主要有三种类型：锂离子电池和锂聚合物电池；镍镉电池和镍氢电池；铅酸电池。铅酸电池主要用于逆变器、不间断电源、汽车、摩托车和电动车等。近年来，新型铅酸电池不断推出，产量也大幅度增加。

---由于各种化学成分的充电电池的容量（以mAh或Ah表示）、输出电压、充电过程要求等都不同，因此需要不同的充电器来满足其不同的要求。因此，半导体厂商开发了各种各样的充电器IC。一些大型的半导体厂商生产的充电器IC多达几十种，并且每年都不断推出各种新型充电器IC来满足市场的需求。本文简单介绍了充电器的要求、发展以及一些典型的充电器IC。

充电器要求

---对充电器的主要要求是安全、快速、充满、高效，其次是成本低、使用方便、体积小、重量轻。

● 安全

---充电电池的使用过程是化学能转换成电能的过程，充电过程是电能转换成化学能的过程。充电时能量转换产生热量，使电池温度升高。如果电池内部有质量问题或充电电流过大，电池温度达到50℃而又不及时终止充电，当温度升到一定值时，电池就会爆炸。因此，在大电流充电的情况下，充电器必须有检测电池温度的电路和温升速率（ΔT/Δt）电路。如果电池达到某一设定的温度或温升速率，则自动终止充电，防止出现不安全的情况；为了安全，充电器还设有充电定时器。

---另外安全是指充电电池在充电过程中不会过充（超过电池的最大充电电压），过充会损坏电池，影响电池寿命。还有一点就是可以检测过放的电池，用小电流进行预充电，达到一定电压后再用大电流充电，确保充电安全。

● 快速

---使用充电器的人总希望能快速给电池充满电，一般用充电速率C来表示充电速度，其中充电速率C=充电电流/电池容量。

---例如电池容量为，充电电流为500mA，则C=1/2。充电倍率越高，充电电流越大，充电时间越短。一般C为1~3。为满足快充要求，充电电流可能高达4A~6A，有的甚至达到8A（）。快充的安全要求越严格，充电器IC就越复杂。

● 全部

---充满电是指充电结束时电池充到了最大容量，这就要求充电器能够准确检测充电的终止方式，比如镍镉电池采用-Δ检测方式，镍氢电池采用Δ≈0检测方式。

● 效率高

---充电器可以看作是一种特殊的电源，因此也存在效率问题。目前充电器IC中的电源主要有两种：线性和开关（DC/DC转换器）。线性电源充电效率较低，因此只用于充电电流小于1A的场合。当充电电流大于1A时，一般采用开关DC/DC转换器。它的效率比线性充电方案高得多，而且由于开关管功耗小，因此散热也小。

---从发展趋势来看，为了简化充电器结构，当充电电流在1A以下时，多采用插入式电源（AC/DC适配器）或者USB端口给充电器供电，这样一来，充电器就可以做得很小，甚至内置到产品中。

充电器IC和充电控制器IC

---习惯上根据IC中是否集成调整管（线性）或开关管（开关式）来把调整管（线性）或开关管（开关式）分为充电器IC和充电控制器。带有调整管或开关管的IC称为充电器IC，不带调整管或开关管的IC称为充电控制器。一般当充电电流小于1A时，常把调整管或开关管做在IC中。当充电电流较大时，开关管不做在IC中，可根据所需充电电流大小来选择开关管，应用上比较灵活，而且将开关管（发热功率器件）与控制器分开，更容易解决散热问题。

---由于电池的化学成分、容量、结构（单体电池，如5#、7#电池、电池组、以及具有电量测量、保护完善的智能电池）不同，充电器内部结构有很大差异。另外有的充电器是独立工作的，只要有输入电压就可以工作。但有的充电器需要配合单片机使用，性能更加完善。

---充电器发展的趋势之一是简化充电器结构，使用插入式电源（AC/DC转换器）或USB端口作为电源。典型的充电器IC是凌特的一款为单块锂离子电池充电的充电器IC。这款充电器IC仅为6脚DFN封装（2mm×2mm）的小尺寸器件。它具有以下特点：外围元件少，恒流恒压充电，充电电流可调，最大充电电流900mA，充电精度符合锂离子电池的要求。类似的充电器还有很多，下面将逐一介绍。

---另一个发展趋势是开发功能齐全、性能优良的通用型充电器IC，它与微处理器配合，既能对锂离子电池、镍镉或镍氢电池，也能对铅酸电池进行充电。如凌特公司的充电控制IC，不但能对上述不同化学成分的电池进行充电，而且能对智能电池进行充电。它可对2～6节锂离子电池、2～18节镍镉、镍氢电池、6V～24V铅酸电池进行充电，最大充电电流可达4A。并带有.1接口，可与微处理器连接，实现充电控制。

---这里要注意的是，虽然它可以给各种化学成分的电池充电，但是不同化学成分的电池充电要求也不同，必须配合相应的软件来实现。例如为镍氢电池设计的充电器不能用来给锂离子电池充电。

---除了高效的DC/DC转换器外，还有用于设置充电电流的10位DAC和用于设置充电电压的11位DAC，并且还有可由用户设置的过压和过流限制。

新款充电器IC介绍

---生产充电器的厂商有很多，而且往往一个厂商会生产多种型号的充电器。这里我们只介绍一些2004年上市的新型充电器，以帮助读者了解新型充电器IC的性能和功能。如果需要了解更多，可以访问各厂商的网站。

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---这是一款用于给1节锂离子电池充电的恒流恒压充电器IC。此款充电器的特点有：可设定充电电流，最大充电电流可达900mA；监测充电电流，控制充电的终止；恒流/恒压充电，内部热调节，可避免过热危险；有ACPR端子，可检测输入电源的存在（输出低电平有效）；无需外部电源、电流检测电阻和阻流二极管；工作电压为3.75V~8V；可由USB口直接供电；4.2V锂离子电池充电电压精度在0.6%以内；充电器关断后（EN端接高电平）功耗仅为10μA；6脚DFN封装。

---典型应用电路如图1所示。PROG端的接地电阻为充电电流设定电阻，当此电阻为2kΩ时，充电电流为600mA。ACRP端接上50kΩ上拉电阻后，与微处理器的I/O口连接。充电电源接通后，此端为低电平（此低电平信号送往微处理器）。充电后锂离子电池的电压、电流变化如图2所示。当检测到充电电流接近3mA时，认为电池已充满，终止充电。此充电器主要用于PDA、手机、便携式仪器、数码相机等。凌特公司网站为。

---的优点是电路简单，缺点是没有充电状态指示（充电中和充电结束指示）。同类充电器IC有（公司2004年产品）、（ON 2004年产品）、（公司2004年产品），均为10脚DFN或MLF封装，功能比6脚的多。这三家公司网站分别是、、。

● /-

-/ 是专门为镍氢电池（1~2节）充电而设计的充电控制器IC。本器件的主要特点：可对1~2节镍氢电池（5#或7#）进行充电；可检测并避免对碱性电池进行充电；可对过放电电池进行预充电；具有-Δ检测的快速充电功能，灵敏度为2mV（典型值）；监视电池温度和电压，并具有终止充电的安全定时器；线性控制电源（控制调节管），开关型控制；小尺寸16脚SO封装。本充电器主要用于数码相机、音响播放器、游戏机和电动玩具。

---充电器电路如图3所示，图中103AT-2为10kΩNTC热敏电阻（用于测量电池温度），RSNS为电流检测电阻，两个LED用于指示充电状态。由于两节电池并联充电，输入电压为5V。采用开关电源，电源效率高。

---/是MAXIM公司在2004年推出的一款新设备，公司网站是。

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它是ST公司于2004年11月推出的新型充电控制器。其主要特点有：恒压、恒流控制，功耗低，静态电流为100μA(典型值)；工作电压范围4.5V至28V；充电器外围元器件少；电流输出级良好；调整方便；交流过压抑制能力强；内部参考电压1.25V(0.5%和1%精度)；可作为适配器及多种化学成分电池充电器使用；有8脚SO封装和小SO封装。其内部结构如图4所示。

---内部有两个运算放大器CV、CC（CV为恒压，CC为恒流），一个1.25V的基准电压源Vref，以及一个28V的限压二极管（用于限制输入电压），如图4所示。其中恒压电路由运算放大器CV、Vref及少量外围元器件组成；恒流电路由运算放大器CC及少量外围元器件组成，如图5所示。

---图5中R2、R1组成输出分压器，其中点输出反馈电压到运算放大器CV的反相端，运算放大器CV的同相端接Vref，运算放大器CV的输出接光耦的发光二极管（CV输出阱电流），经光耦隔离后反馈到变压器原边电路，实现输出电压调节，输出恒压。

---图5中，参考电压Vref经R4、R5分压后输入运算放大器CC的同相端，经产生的电压（与IL成正比）输出电流IL输入运算放大器CC的反相端，运算放大器CC的输出接光电耦合器（输出阱电流），输出电流经光电耦合后隔离恒定。

---图5只给出了变压器副边（反激式适配器副边）的电路，通过两个光耦隔离反馈实现恒压、恒流。图5中的D为阻流二极管（防止原边切断电源时充电电池放电）。变压器副边产生的电压经二极管整流滤波后给电路供电。整个充电器电路应根据充电电池的额定电压和电池容量，设计PWM开关电源（AC/DC转换器）。

---作为8脚的充电器控制器，很简单，但是要组成一个完整的充电器，需要设计一个PWM AC/DC转换器，需要很大的工作量和很好的设计能力。这个也可以看作是充电器发展的一个例子。ST公司的网站是。