支持热调节功能的线性电池充电器提高系统安全性

1电池充电要求

充电曲线适用于锂离子电池充电，包括三个充电阶段：预充电阶段、快速充电恒流(CC)阶段和恒压(CV)终止阶段。在预充电阶段，当电池电压低于3.0V时，电池以较低的速率充电。一般当电池电压达到3.0V，充电器就会进入CC阶段。快速充电阶段通常限制在1C电池额定值以下。如果充电率超过1C，电池的使用寿命将会缩短，因为积聚在节点上的锂金属会与电解液发生反应，导致永久性损耗。最后，充电器将进入CV阶段，此时它将保持峰值电池电压，并在充电电流降至预定大小时停止充电。

电池容量是电池电压的函数。电压越高，容量越大。但是，如果电池电压增加，电池寿命会缩短。比如电池充4.3V，容量会增加lo%，但是电池的使用寿命会缩短一半。另一方面，如果电池充电不足，比理想电压状态低40mV，容量将减少8%左右。因此，非常准确的电池充电电压非常重要。

2个支持输入OVP的温度调节电池充电器

图1是支持热调节和输入OVP的低成本单线性电池充电器电路。充电器可以将适配器的DC电压降低到电池电压水平。线性充电器功耗计算公式：

当充电器从预充电阶段变为快速充电模式时，输入电压与电池电压相差较大，然后功耗会达到最高。例如，如果使用5V适配器为1200毫安时的锂离子电池充电，在1A的充电电流和3.2V的电池电压下，最大功耗为1.8 W.在3mmx3mmQFN封装中，热阻为47/W，这一功耗将使温度提高85。在45的环境温度下，结温超过了125的工作温度极限。开始充电时，结温很难控制在安全散热范围内。随着充电阶段电池电压的增加，功耗也会降低。充电到CV模式后，功耗会进一步降低，充电电流开始降低。

如何改进设计保证充电器在安全散热范围内正常工作？先进的电池充电器(如bq2406x和bq2403x)引入了热调节回路，以避免充电器过热。当内部芯片温度达到预定温度阈值(如110)后，只要器件温度进一步升高，充电电流就会降低。这有助于限制功耗，并为充电器提供热保护。将集成电路结温提高到热调节的最大功耗取决于印刷电路板的布局、散热过孔的数量和环境温度。从图2可以看出，1.2s后，热回路会在2s内将有效充电电流从1.2A降低到600mA。

热调节通常在快速充电的早期进行，但如果器件仍在CV模式下工作，充电电流会过早达到充电终止阈值。为了避免错误地终止充电，只要散热调节电路工作，电池充电终止功能就会被禁用。另外，降低有效充电电流会延长电池充电时间，如果充电安全定时器固定，充电会提前终止。Bq2406x采用动态安全定时器控制电路，可有效延长热调节阶段的安全时间，尽可能降低安全定时器的故障率。从图3可以看出，热调节模式下安全定时器的响应与有效充电电流成反比。

当电池充电功能启用时，内部电路将产生与ISET引脚上设置的实际充电电流成比例的电流。电阻器RSET上产生的电压反映了充电电流。主计算机可以监控电压以获得充电电流信息。

给锂离子电池充电的适配器有很多。低成本适配器的稳压输出可能不太理想，空载时的输出电压比正常负载时高。此外，当电池热插拔时，充电器输入电压将达到适配器电压的两倍，这是由电缆电感和电池充电器输入电容之间的谐振引起的。为提高输入电压高于预定阈值时的安全性，bq2406x充电器的输入OVP功能将禁止充电。

LDO模式(当TMR引脚打开时)可以禁止充电终止电路或电池检测电路工作。并将安全定时器时钟保持在复位状态。这种模式通常用于没有电池或正在测试的工作环境。

许多应用需要在电池充电时给系统供电。如图L所示，系统直接连接到电池充电输出，系统与充电器的交互会导致安全定时器产生不正确的充电终止信息。图4是可以解决上述问题的典型应用电路。有两条独立的电源路径，一条用于给电池充电，另一条用于向系统供电。如果交流适配器不可用，电池放电场效应晶体管将在R4和C2设置的时间延迟后打开，以便电池可以为系统供电。

3总结

支持热调节的线性电池充电器可以显著提高散热设计和安全性。使用输入OVP机制，只有经过批准的适配器才能为电池充电，从而提高系统安全性。

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