锂离子电池充电器IC“百花齐放”

上网时间: 2003年11月01日? 作者:白永三? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:锂离子电池? IC?

在电池充电器IC市场中,因为相关产品所要求的充电器尺寸越来越小,而且需要改善锂离子电池充电过程中的温度控制,所以各种线性与开关模式充电器芯片不断涌现。目前锂离子电池是市场中首选产品。

单芯片充电器结构简单,这不仅是个设计上的优点,同时也导致了两种集成化趋势。第一种集成着眼于元件的集成,旨在使专用的充电器微控制器的外部元件数量最少。第二种集成则强调功能的集成,为芯片增加辅助的模块功能,以使其涵盖从充电器/控制器到电源管理IC等的所有功能。换句说,这些设计包含以前的定制元件的功能,因其功能正在主流应用中扩大市场。两种类型的集成产品均趋向于提高互连性,以便易于系统监控,通常是通过一个I2CBus(集成电路间总线)或SMBus(系统管理总线),这两种双线总线能彼此分担功能而且通常是互相兼容的。

充电器IC一般分为线性或开关模式两种。还有一类是脉冲模式,在锂离子电池应用中不太常见。充电器IC也可以根据应用情况进行分类,如为无线和手持设备充电的单或双电池充电器,以及用于大型便携式计算设备、输入电压范围较大、为两个或更多的电池充电的充电器。

线性充电器IC注重温度管理和接口扩展

最新式的线性充电器IC包括凌特的LTC4054,这是一种800mA的充电器,可以对一个锂离子电池充电,在ThinSOT封装中带有一个片上功率MOSFET。凌特声称,该封装的尺寸比同类竞争产品小一半。上述充电器结合了一个热反馈调节,以限制在高功率运行或者环境温度较高时的裸片温度。可以从一个USB端口对这个充电器供电。

另一个与USB接口兼容的充电器是该公司的LTC-4053,也可以从一个墙上交流适配器供电。这种单机充电器提供高达1.25A的电流,而且充电精度可以达到7%。凌特的最新式充电器LTC4058,同时提供温度管理功能与USB接口,并可以在9平方毫米的截面积上提供800mA的充电电流。

美信公司的MAX1507/08是一种线性器件,提供集成式恒温调节,用于单电池、手持设备应用。这些3 X 3-mm TDFN器件,集成了一个功率MOSFET、反向保护二极管和电流检测电阻(基本上已成为一个工业标准补充元件)。该产品的快速充电电流高达800mA,输入电压范围是4.25-7V;松散调节交流适配器可以提供高达14V的输入瞬态电压保护。

美信还生产一种双重输入芯片MAX1874,用户可以通过USB接口或一个交流适配器充电。这种双重输入特点增强了采用单个锂离子电池的独立设备的性能,正在得到迅速普及。MAX1874的最大输入电压为6.5V,一个外部PFET(P型场效应开关管)可以使其接受最高达18V的输入电压。MAX1874包含电池到直流的电源转换电路,使系统可以从交流干线获得电力,代替电池供电。MAX1874在电池温度接近限定值时,将降低充电电流,而不是停止充电。美信表示,该芯片具有一个外部电热调节器,通过监测环境或电池温度提供一个额外的安全保护。MAX1874采用5 X 5-mm、16引脚的TDFN封装。

其它线性充电器IC也趋向于提供多种输入电源,以及热性能方面的优点,其中包括Intersil Corp.的AnyAdapter ISL6292。该产品的输入电压为4.3-7V,特别适合智能手机和PDA。它采用3 X 3-mm DFN、4 X 4-mm或5 X 5-mm QFN封装。该公司声称,这是业内最小和过热保护最强的充电器IC,适用于锂离子或锂聚合物电池。Intersil表示,它的Thermaguard电路可以把充电过程产生的热量减少至同类产品的几分之一,这意味着在相同的工作条件上,充电时间缩短。该公司称,该产品可以通过限流适配器供电,在这种情况下,它的工作模式与线性充电器相同,但它的热效率却相当于开关模式或脉冲模式的充电器。

TI的bqTiny BQ24014和bqTinyII BQ24022是线性锂离子充电器,适合于手机、PDA和数码相机等便携式应用。BQ24014包括集成式功率FET和电流传感器,以及一个过载保护和状态指示器,采用10引脚SON封装。BQ24022包含一个集成式USB端口和一个交流适配器输入,它可以自动选择输入方式。这种产品可以预置,提供100或500mA的充电电流。

Semtech公司声称,它的SC803是一种功能齐全和高度集成的充电器IC,适合为锂离子/聚合物电池充电,Semtech将它称为电池充电器管理系统芯片。该产品适合于通过USB端口对电池充电,输入电压为4.2-7V,包含一个控制器、热保护电源MOSFET、反向阻断二极管和读出电阻元件,采用4 X 4 MLP封装。它可以对PDA、手持电脑、数码相机和台式电池充电站进行快速充电,电池可高达1.5A。它还可以用作通用的可编程电流源。电池是否就位监测器探测充电器中是否有电池,Kelvin传感器输入可以对电池端电压进行监测。一个输出电流状态监视器可以连到一个A/D转换器或一个外部微控制器,以指挥充电功能。

国家半导体公司介绍说,它的LP3945和LP3946是一个全套的充电管理系统,适合为锂离子和NiMH电池充电。LP3946是一种单机充电器,在出厂前进行预先编程。LP3945要求一个控制器芯片。LP3941包括11个LDO调节器,两个电池充电器,I2C接口和LED驱动器。这种产品是属于第一批具有类似集成度的产品,该类中的最新产品是德州仪器的TPS65010。

偏向大功率应用的开关模式充电器IC

开关模式的充电器的效率高于线性充电器,常用于功率较高的应用。但它的缺点是价格比较昂贵,而且因为它们拥有通常包括功率MOSFET在内的外部元件,导致其占用的面积较大。在低功率产品方面,凌特的LTC4002是一种单机开关模式充电器,对于单锂离子电池的通用应用来说输入电压高达24V。在低电压情况下,该产品可以通过一个简单的5V墙上适配器供电。它将与一个P沟道MOSFET一起使用,充电电流可以达到2A。LTC4002的工作频率是500kHz,与采用hysteretic 拓朴结构的充电器相比,允许使用更小的电感和电容。

凌特的多功能充电器LTC1980是一种300kHz的PWM控制器IC,集成了一个锂离子电池充电器(或者经过适当编程,可以成为一个NiMH电池充电器)和DC/DC转换器。它可以对电池充电,并可通过电池提供经过调节的输出,驱动数码相机、手持电脑和PDA。它有一个外部LDO开关,可以一边对电池充电,一边从一个未经调节的墙上适配器为系统供电。LTC1980充电器和DC/DC部件分担它的分立元件功能,以使分立控制器部分的尺寸和成本最小化。它采用24引脚的SSOP封装。

该公司的LTC1760系统管理器,采用48引脚的TSSOP封装,据称是一种单机充电器,具有SMBus 1.1接口,可以对两节智能电池充电。面向便携式电脑、仪器和电池后备系统,包含一个序列器用于管理系统电源、电池充电器和电源路径控制器、10位电流D/A和11位电压D/A。输入电压为6-28V,基本上是一个大型充电器,适用于对两个2-6节锂离子电池、6-18个NiMH或NiCd电池、6-28V的铅酸电池进行充电,并监控其状态。不需要主微控制器和配套元件。

德州仪器的BQ24702和BQ24703

多种化学电池充电控制器和系统电源选择器是固定频率的PWM器件。在BUCK配置状态下,采用所谓的动态电源管理来使PC和电动工具等产品的电池充电时间最短。一个主控系统根据适配器总体电源电流调节电池充电电流。这些器件采用24引脚的TSSOP封装。

ST3S01LED是一种脉冲模式的IC充电器件,是意法半导体的产品。它是一种专用芯片,与一个MCU配套使用,对单锂离子电池或三个NiMH电池进行充电。

与此同时,Microchip公司最近也推出四款新产品功能各异,能支持大部份单体、双体、锂离子和锂聚合物电池。

作者:白永三


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  • 什么是锂离子电池
  • 锂离子电池是锂电池的改进型产品。锂电池很早以前就有了,但锂是一种高度活跃的金属,它使用时不太安全,经常会在充电时出现燃烧、爆裂的情况,后来就有了改进型的锂离子电池,加入了能抑制锂元素活跃的成份(比如钴、锰等等)从而使锂电真正达到了安全、高效、方便,而老的锂电池也随之基本上淘汰了。至于如何区分它们,从电池的标识上就能识别,锂电池为Li、锂离子电池为Li-ion。现在,笔记本和手机使用的所谓“锂电池”,其实都是锂离子电池。

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