数码电池充电技术分析

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1、行動電話及個人數位助理的鋰電池充電技術交換式充電器在不同的輸入電流及不同充電電流的情形下，均具有良好的充電效率，但其電路複雜且成本較高；線性式充電器電路就簡單多了且不佔過多空間，但其充電效率較差；脈衝式充電器的充電效率佳，其所佔空間也較小與線性式相當，但需要配合價格昂貴且不普遍的具電流限制功能的ACAdapter才能運作。鋰電池應用於行動電話及個人數位數理(PDA)是一個趨勢，鋰電池充電器的設計是一個平衡的考量，一方面是其能提供較高的充電電流以縮短充電時間，另一方面充電器的尺寸必需要夠小以符合行動

2、電話及個人數位數理體積日益縮小的趨勢。本文主要介紹現有的各種充電技術及其優缺點，使工程師能夠根據規格設計最佳的充電器。鋰電池充電器的需求鋰電池充電器的最基本需求有二：最大充電電流及最大充電電壓的限制以保證充電系統的安全，其他的要求為增加電池或充電器的充放次數及使用壽命，當中包括對過放(over-discharged)的電池減少充電電流，對電池電壓的偵測或電池容量的偵測，輸入電流的限制，電池充飽時關閉充電器，對充飽電池經過一段時間漏電後能自動再充電功能，充電狀態的指示，外在充電器的開關控制等。上述的

3、功能通常能夠由充電器、ASIC或單晶片互相配合來達成。研發工程師根據規格、成本需求及考量線路的複雜度來設計充電器，同時也要與電池廠商討論以保充電器的安全性。鋰電池充電器的種類鋰電池充電器的方式可分為三種：交換式(switch-mode)，線性式(linear)及脈衝式(pulse)，這三種架構主要的差別為電路板面積大小、效率及成本。交換式充電器的效率較佳但其電路板面積較大，線路較為複雜及需較大的電感電容等被動元件；線性式及脈衝式充電器其電路板面積較小及只需較少的外部元件，但其效率較差。雖然線性式充

4、電器周邊元件不佔過多的電路板面積，但仍需額外的面積以利電晶體的散熱；脈衝式充電器不會有上述線性式的問題，但其需要有限電流功能的交流轉換器(ACadapter)，其價格較昂貴且大部分的ACAdapter不具此功能。交換式充電器（Switch-ModeChargers）(圖一)所示為一標準的交換式鋰電池充電器．利用MAX1737鋰電池充電控制器來驅動兩個N型MOSFET以達到將ACAdapter降壓至電池的電壓準位。在整個電池電壓範圍及寬廣的輸入電壓範圍，其電路的功率損耗小於1瓦。此外本線路能夠輕易地

5、對高達1顆串聯的鋰電池以1安培的電流來充電。交換式充電器在整電池電壓及輸入電壓範圍具有低功率損耗的特性，這方面明顯地比線性式充電器好．交換式充電器同時也有一優點比脈衝式充電器佳，即其在不同的輸入電壓範圍下，仍具有良好的充電效能，此特點允許交換式充電器能使用比脈衝式充電器較小較便宜的ACAdapter。交換式充電器的主要缺點為其電路及被動元件電感電容佔較大的空間及電路的複雜度較高，其他的缺點為交換式電路電感電容所造成的電磁干擾(EMI)及產生的電子雜訊較大，因此在設計電路及進行電路板擺放元件及佈局時

6、，需特別小心以避免干擾問題。PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建www.fineprint.com.cn此主题相关图片如下：圖一交換式鋰電池充電器圖一所示充電器電路具有增進電池壽命及保障系統運作的安全性，本充電電路具有輸入電流偵測限制的功能，可根據系統電源使用的電流，自動改變充電電流：當系統電源負載較大時，充電電流較小，系統負載變小時，則增加充電電流，使其不會超過ACAdapter輸出電流上限，又能在系統運作時有效地充電。此特點可使研發工程師使用較便宜，較小電流的ACAdapter來

7、設計充電器，同時本充電器能在充電完成時，能將充電電路關閉。對已充飽的電池因漏電或其他因素造成容量降低，能自動地再加以充電；對過份放電的電池以小電流預充，以保電池的安全性，同時也會偵測電池是否已故障，無法繼續使用。其他的功能為充電狀態的顯示，能驅動發光二極體(LED)或與單晶片溝通。線性充電器相較於交換式充電器，線性式充電器能有效地縮小充電電路尺寸及降低複雜度。線性式充電器使用一電源電晶體，通常為MOSFET或BipolarTransistor，從交換轉換器的電壓，降為電池電壓。線性式電路的週邊元件

8、數目相當地少，只需輸入及輸出電容，電晶體及一些電阻去設定電壓電流的上限。線性式的主要缺點為其充電效率不佳，充電器本身只是單純地使用電晶體從ACAdapter直接降壓至電池電壓，因此：PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建www.fineprint.com.cn電晶體功率消耗＝(ACAdapter電壓－電池電壓)x充電電流舉例而言，若以1安培電流充電，ACAdapter電壓為5V±10%，電池電壓範圍從4.2V至2.5V，則充電器的功率消耗為0.3W至3.0W。(圖二)所