适用于可充电电池的入门级CCR充电解决方案

由于省去了涓流充电器设备，此处显示的基于CCR的充电电路支持主要的电池技术。这种基于CCR的充电电路可以在各种应用中实现，从每天在家庭环境中使用的AA到便携式设备和便携式电动工具。背景技术可充电电池广泛用于诸如移动电话，平板电脑，MP3播放器和数码相机的便携式电子设备中，作为现代社会日常生活中的必需品。OEM可以通过高效充电这些电池来更有效地支持其设备的功能，以展示提供更长使用寿命和改善用户体验的产品。因此，OEM将获得竞争优势并成为更大的市场。如何使用CCR（恒流稳压器）器件为可充电电池创建低功耗，低成本，高效率的充电解决方案，该解决方案涵盖各种应用。

考虑到电池充电器

充电器（以防止影响其电池是具有长期操作损伤）（每次向用户收取费用时不感到不舒服），以优化在该充电过程进行的速率，例如以终止该过程它应该在电池充电中发挥重要作用。通过实施简单的控制器机制，您可以及时终止这些费用。

充电器的类型

充电器可以使用连续DC或脉冲DC电源方案。在每个系统输出之前有被保持在整个充电期间的恒定电平不改变，这不影响总电荷已经进入电池。取而代之的是，表达滴流类型将被填充步骤一步用于低容量电池如在更广泛使用的移动设备是常用的。一小时内的电池容量表示为C. 为了进一步说明这一点，请考虑额定电流为800μAh的电池。如果要在0.5 C下对此电池充电，则需要400μA的充电电流，持续2小时。电池技术除C值外，可充电电池所需的充电电流取决于基于电池的技术。当前使用的每种技术都具有更适合特定类型应用的属性。最常用的可充电电池技术包括：镍氢（NiMH） – 与其他技术相比，这是一种非常高的存储容量，允许更高水平的电荷存储在更小的电池中。镍镉（NiCad） – 具有比NiMH更长的寿命和更低的自放电水平。NiCad是三种技术选项中成本最低的电池生产方法。锂离子电池 – 适用于户外应用，是制造在较低温度下工作的轻质电池的一种方法。该技术需要相对较短的充电时间，并且可以处理比NiCad或NiMH等替代技术更多的充电周期。

简单的充电解决方案

典型的充电电路如图1所示。该电路由参考电压，电源，LED指示灯，控制器和CCR组成。NiMH电池的标称电压为1.2 V /电池，应充电至1.5 V~1.6 V /电池。有几种不同的技术可用于决定何时结束充电。这些包括峰值电压检测，负Δ电压，Δ温度（dT / dt），温度阈值和定时器。高端充电器可以将所有这些组合在一起。

图1

CCR充电器采用峰值电压检测电路，当达到预定的峰值电压时，该电路终止充电过程。该峰值电压为每个电池1.5 V，允许电池充电至最大容量的约97％。NiCad电池的工作方式大致相同，因此它们可以以相同的方式充电。

锂离子电池的充电周期更复杂

这里的常见做法是在0.5 V和1 C充电容量之间以4.2 V /电池为电池充电，然后进行涓流充电。在充电过程中，锂离子电池的温升应保持在5°C以下。如果温度上升高于此值，则表示有可能起火。最高电池温度处于充电周期的涓流充电部分，其中点火的风险最高。通常，使用某些类型的智能IC来监视和控制电池充电以防止这种风险。

图2

简单充电电路
让我们首先讨论充电电路的不同部分。

图3

图2显示了如何使用3端可编程并联稳压器设置参考电压（Vref）。电阻R2设置为1.0kΩ，R ref可以调节到所需的Vref。R2与R ref的比率如下。

使用一个比较器将电池电压与Vref进行比较。连接到反相输入的是电池电压。为了避免比较器中的振荡，将滞后添加到设置中以改善系统性能，这通过将反馈电阻器Rh放置在输出和非反相输入之间来实现。1.0kΩ电阻器R3用于使R3与Rh的比率尽可能简单。通过调整Rh，滞后环带宽可以变化。增加Rh意味着缩小带宽，减少Rh意味着增加带宽。磁滞回线的带宽必须大于200 mV，因为充电完成后电池电压会略微下降（参见图3）。计算反相输入的高低电压的公式为：

图4

图5

图4显示了整个充电电路的细节。这些包括PNP晶体管，NPN晶体管，比较器，可编程精密基准电压，以及与两个CCR并联的Q4和Q5。并联的Q4和Q5用于调节电流。还可以在充电电路内并联连接两个或更多个CCR以达到所有必要的电流。两个双极结型晶体管（BJT），Q3和Q6，用作控制充电电流的开关。Q6的基极由比较器输出通过5.6kΩ电阻R6控制。Q6的集电极通过1.0kΩ电阻R5连接到Q3的基极。当比较器输出变为低电平时，Q6关闭，Q3关闭，从而终止充电电流。LED与Q7串联，表示电池正在充电，并提供连续电流。电池充满电后，此状态将关闭。

在最近的电子系统设计中，工程师正在努力开发更节能的产品，同时在限制功耗的同时更加可靠。降低输入电压是提高电路性能的一种方法。因此，充电电路中包括低VCE（sat）晶体管和低VF肖特基二极管。功耗水平对于CCR的操作非常重要。当所有电压通过CCR下降时，电池以连续电流充电，如已经讨论的那样，这导致CCR温度的增加。当器件开始浮动时，电流会减小，直到达到稳定点。为了最大限度地降低CCR的温升，电路板上发现的许多空隙都被铜覆盖。CCR的阴极连接到该铜区域以进行散热。请注意，当并联使用多个CCR时，各个CCR消耗的功率不是总充电电流，而是电压乘以通过CCR的电流。图5显示了CCR随时间的耗散功率。图4所示的充电电路可用于设置适合Vref的可编程精密基准。电池电压和Vref连接到比较器输入。当电池电压低于Vref时，连续电流通过CCR传送到电池。当电池电压等于Vref时，充电完成。此电路设计推荐使用安森美半导体的TL431 3端可编程分流稳压器和LM311比较器。通过消除充电期间的涓流充电，消除了包括智能IC（用于锂离子电池技术）的需要。这有助于将电池保持在安全的操作区域并延长其使用寿命。由于省去了涓流充电器设备，这里详述的基于CCR的充电电路可以使用所有主要的电池技术（NiCad，NiMH，Li-ion）。以这种方式，基于CCR的充电电路在许多应用（支持宽范围的充电电流）中实现，从在家庭环境中每天使用的AA到便携式设备和便携式电动工具。安森美半导体的应用笔记AND9031提供详细的电路和运行结果。