魯思慧

    本文通過線性充電器和DS2770鋰離子脈沖充電器技木方案的分折與比較，從而進一步說明鋰離子脈沖充電器在充電時間、充電容量和電池老化效應等技術與使用上的新型性。

    脈沖充電具有許多和線性充電方案共同的優(yōu)勢，包括線路簡單、成本低廉、尺寸小和外接元件少等。它與線性充電器相比，其優(yōu)點是，熱量被耗散在墻上適配器中，而非充電器自身中。但對理離子電池進行脈沖充電的憂慮是因為無論在恒流區(qū)還是在脈沖區(qū)，電池都被加以同樣的電流，使電池有可能早已接近于最大電壓，是否會引起鋰離子電池提前老化？

    本文敘述的是脈沖和線性充電技術方案，并在線性充電器和DS2770鋰離子脈沖充電器方案之間作一比較與分析，從而進一步說明鋰離子脈沖充電器技術與使用上的的新型性。

    關于線性充電方案

    線性充電方案被廣泛用于鋰離子／聚合物電池的充電，典型充電電流在1.5A以下。這種類型的充電器器具有低成本、低噪聲、小尺寸等特點，只需要極少的廉價而且小巧的外部元件，充電源可以是一個非穩(wěn)定的低壓電源(對于單電池應用典型為5V至6V)。通常采用一個高側的內部或外部低值撿測電阻RS來精確測量充電電流IBAT。充電器通過控制一個外部通道元件(P溝道場效應管P-FET，見圖1所示)來調節(jié)電池電壓或電流。圖1顯示了一個典型的線性充電電路和鋰離子電池的線性充電曲線。

    充電器工作開始必須首先檢查電池，以便確定充電器是否要接入以及對電池進行快速充電是否安全。如果電池電壓低于約2.5V，IBAT的充電電流就會對電池造成永久性的損傷。充電器工作通常是以C/15量級(圖1所示的右縱坐標所示)速率對電池進行更為溫和的涓充，直到其電壓上升到規(guī)定門限。

    需要說明的是，一旦電池通過檢查，充電器便調節(jié)FET從充電源提供一個恒定電流給電池。如果配備了安全定時器，充電器在啟動快速充電的同時還會開啟定時器。線性充電器在對電壓比較低的電池進行快速充電時，其缺點尤其顯得突出。如果非穩(wěn)定充電源輸出為5v，用IBAT給3V、750mA的電池充電，FET就要耗散1.5w，圖1中的充電曲線只是一個簡單示意圖，恒流充電時的電池電壓實際上并非線性上升。事實上，電池電壓不會在3V停留很久，隨著電池電壓在恒流充電下的上升，FET的功率耗散會降下來。充電器持續(xù)提供恒定電流直到電池電壓VBAT到達恒壓(VCV)門限。這個門限一般為4.1V或4.2V。

    當電池到達恒壓門限時，實際的電池容量接近于滿容量的40%至70%。為了進—步“注滿”電池，充電器調節(jié)FET提供一個等于恒壓(VCV)門限的恒定電壓。此時充電階段的充電電流隨著時間逐漸減小。恒定電壓一直持續(xù)到充電電流降低至C/10或C/15或者安全定時器到時為止。

    關于脈沖充電方案

    應該說，脈沖充電除了充電源和充電終止方式之外，是非常類似于線性充電方式，它非但具有和線性充電器相同的優(yōu)點，而且克服了在電池組內耗散功率的缺點。脈沖充電器需要一個非穩(wěn)定、限流型的充電源。圖2給出了一個典型的脈沖充電器配置和鋰離子充電曲線。

    和線性充電器一樣，脈沖充電器工作開始也必須首先檢查電池，以便確定充電器是否要接入。這通常是根據充電源電壓是否高于電池電壓來做出判斷。在對電池進行檢查時，如果電池電壓VBAT低于規(guī)定門限，就提供一條限制電流的涓充通路。

    經過對電池檢查之后，充電器啟動安全定時器并打開外部FET或PNP晶體管，以充電源限定的恒定電流IBAT給電池充電。因為充電源是限流的，只在FET上產生很低的電壓降，因而在電池組中產生很少的功率耗散。因限流而產生的損耗被移到了墻上適配器中，其損耗為 損耗或變壓器中的耦合損耗。

    一旦電池電壓到達恒壓(VCV)，脈沖充電模式開始。類似于線性充電器，在恒流充電階段電池會達到接近滿容量的40%至70%，而在脈沖充電階段會逐步“注滿”電池。當電池電壓到達恒壓(Vcv)后，充電器保持使FET繼續(xù)保持脈沖充電電流導通，其脈沖電流導通時間為TPULSE，此時電池會逐步“注滿”其電壓超過恒壓(VCV)。然后關閉通道元件FET，切斷充電電流，充電源電壓被拉回到開路電壓。這種狀態(tài)一直保持到電池電壓回落到恒壓(Vcv)。