便携式仪器需要高性能充电器
近几年来,电池技术有了长足的发展,其中锂离子和锂聚合物电池最为流行。为了使这些电池获得最佳性能,充电器技术必须跟上电池技术的发展。
笔记本电脑所使用的电池,无论大小、重量还是寿命都很关键。由于锂离子和锂聚合物相似,所以它们的充电方式几乎相同,主要区别在于端电压和充电电流。
锂离子电池的传统充电方式是采用恒流和恒压。当电池的电压较低时,典型的充电周期开始是用恒流充电方式。当电池电压上升到指定限度时,充电器转为恒压充电,该方式一直持续到充电电流减小为零,这时电池充电完毕。在恒压充电阶段,电流按指数规律下降,该指数与电池电阻以及和该电池相串连的所有电阻有关（和通过一电阻对电容充电的过程很类似）。由于充电电流按指数规律下降,所以完成充电需要相当长的时间。
对充电电流的限制不必象对充电电压那样准确。对电压的限制非常关键：电池的电压越高,所储存的能量就越多。但是,过高的电压会损坏电池。因此,加在普通锂离子充电器上的电压,上下浮动最好不要超过1%。
即使当以很大的恒流充电（超过1C,其中C是用Ahrs衡量的电池容量）,由于恒流充电的时间与整个充电过程相比是很短的,因此,增加充电电流对整体充电时间几乎没有影响。而主要由电池的物理特性决定的恒压充电方式,则占用了大部分的充电时间。
锂离子电池的一种充电方式就是利用线性充电器(如图1所示),一般情况下,该充电器的充电电压或电流来自于交流适配器的直流输出。控制器(IC1)驱动外部PNP型晶体管以产生充电电压和充电电流。在该电路中,PIC控制器(IC2)通过其PWM输出来控制充电电流和充电电压。改变充电电流和电压,该控制器可以适用于不同类型的电池和化学物质。在很多系统中,控制器上的PWM其它输出可用来调节充电器。如果充电器仅设为适合于某一种电池类型,通过外部电阻调节充电电压和充电电流这一方式,可以进一步简化电池的设计。
线性充电器相对较小并且简单,但却具有较高功耗的缺点。如果一个典型的锂离子电池的电压范围为2.7～4.2V,为确保充足的输入电压,使蓄电池的电压达到4.2V,则源电压必须超过4.5V。因此,一个典型廉价的、输出电压波动为10%的交流适配器,其输出电压的范围必须为4.5～5.5V。在输入电压最大和电池电压最小的时候,PNP型导通晶体管所产生的损耗最大。对于一个典型的波动为10%的1A充电电流,充电器的功耗可能超过3W。
如果这3W功率耗散在一个小型、便携式设备内,如手机、个人数字助理(PDA)等,则能造成相当大的温度上升。这可能会给电子设备、终端用户带来不利的影响。可以采用外部充电器或支架来减少功耗,但是这些措施也许不切实际。在这种情况下,开关模式的充电器提供了有效的解决方法(参见图2)。
图2 中的IC采用两个外置的N沟道MOSFET场效应管对源电压进行斩波,然后将斩波后的电压进行滤波,产生所需要的充电电流或电压。这些
