作者/Kanji Kerai Dialog公司
导言
物联网将改善现代生活的简直各个方面。经过搜集和剖析很多数据，物联网可以协助咱们办理身体健康、削减在家居和作业场所的动力耗费、监测和改善咱们地点的环境等。
物联网的潜在运用十分广泛，但它们也有一些一起的重要特征。用于搜集数据的设备需求体积小、易于运用且简直随时可供运用。这些要求或许在可穿戴设备上最为显着，全世界有数以百万计的人现已在运用可穿戴设备来盯梢活动、监测身体方针和改善健康。
为了搜集所需的数据，顾客有必要将可穿戴设备持续戴在身上。因而，它们有必要细巧而舒适，并能长时刻接连作业。智能家居传感器节点和其他物联网运用也面对类似的要求。
这发生了如何为这些设备供电的问题。抱负的状况是，它们可以直接从地点的环境中获得能量，这样它们可以一直坚持有电。尽管咱们现已在下降功耗和改善能量收集上获得了很大前进，但间隔完结抱负还有必定间隔。在可预见的未来，咱们还需求依托电池作为首要电源。特别是，为了最大极限削减由数十亿设备形成的动力糟蹋，在未来一段时刻，可充电电池应该是首选电源。
1可穿戴设备的自然挑选
可穿戴设备不只尺度很受约束，并且因为需求长时刻穿戴，舒适性很重要，因而它们还有必要十分轻。所以电池就有必要尽或许小。不只如此，IDC和GMI进行的反复研究标明，电池续航时刻是顾客购买电池供电式快捷产品的榜首考虑要素。因而，高电池容量对产品获得成功十分重要。
一起满足这两个要求使得电池面对的应战愈加艰巨。走运的是，锂电池的许多特性使它们可以战胜这一应战，然后成为可穿戴设备运用的抱负挑选。
首要，它们供给高能量密度，答应体系规划工程师挑选更小更轻的电池，并且能供给更长的作业时刻。一起，锂电池的作业电压一般为3.7 V，相比之下，镍氢或镍镉电池只要1.2 V。这意味着锂电池需求更少的电芯(cell)，这也有助于完结更小更轻的体系。别的，它们的自放电率也远低于根据镍的电池，约为每月2%，而镍氢和镍镉电池高达每天5%。这样不只可以削减充电次数，并且电池放置很长时刻后也能随时再次运用，然后使体系愈加便于客户运用。
当然，一切技能都有自身的缺陷。例如，锂离子电池的制作比根据镍的充电电池更杂乱，所以价格更贵。但作为一种很多生产的产品，规模经济和持续的技能改善正在快速下降其制形本钱。
锂离子电池的潜在安全风险日益凸显。因为运用易燃电解质，所以假如充电电压过高或过低都有或许导致起火或爆破。不过，大多数锂离子电池都有内部维护电路，可以在必定程度上避免过压或欠压。但锂离子电池的充电进程依然比根据镍的充电电池杂乱的多。
锂离子电池：完结舒适便利的可穿戴设备优势有：
· 小电池，长续航时刻，高能量密度;
· 更高作业电压意味着更少的电芯和更小的体系;
· 更慢的自放电：更少的充电次数，随时可供运用。
2充电应战
为避免这些安全问题，锂离子电池需求恒流(CC)、恒压(CV)的充电进程。在此进程中，电池首要以固定电流充电，直至到达设定电压。然后，充电电路切换到恒压形式，然后供给必要的电流，以坚持设定电压。
为了获得最佳充电作用，有必要对电流和电压水平的挑选做出精心的权衡。以较高电压充电可以添加电池容量，但电压过高会形成电池受压或过充，导致永久危害、不安稳性和风险。相同，较高充电电流可以加速充电速度，但价值是削减电池容量：充电电流下降30%可以使电池贮存的电荷量添加10%之多。
因而，充电电流一般设置为电池容量(电池能持续供电一小时的最大电流)的一半，电压设置为每个电芯4.2 V。不过事实证明，运用略小的充电电流及电压可减缓电池老化，使其可以以更高的蓄电量度过更多的充电循环。
3保证安全
因为这一杂乱性，充电解决方案有必要可以亲近监测充电电流和电压，并供给安稳的操控回路，使充电电流和电压在充电循环的适宜时点坚持适宜的值(亦即便电流在榜首阶段坚持稳定，电压在第二阶段坚持稳定)。
别的还需求依照严厉的标准对充电解决方案进行全面的测验。这些标准包含的测验条件比镍基充电电池所需的更广泛，一起还包含与电池自身相关的测验。
4JEITA标准
日本电子信息技能产业协会(JETIA)拟定了关于锂离子电池运用和充电的标准。尽管该标准仅仅指导性标准，而非认证组织的严厉标准，但业界普遍认为该标准有助于保证锂离子电池的安全运用。
如图1所示，JEITA标准界说了最低温度(T1)、最高温度(T4)和坐落二者之间的三个温度区(低、中、高)，以保证充电安全。
图1 为保证锂离子电池充电安全，JEITA标准规则的温度区
标准规则了每个温度区的最大安全电流。
· 高温度区：最大电流为电池容量的50%
· 标准温度区：最大电流为电池容量的70%
· 低温度区：最大电流为电池容量的60%
图2显现了这些安全电流和对应的安全电压区。
图2 JEITA标准规则的锂离子电池安全充电电流和电压
运用DA1468x产品系列保证充电安全
可穿戴设备和许多其他物联网设备的尺度和分量十分受约束。为协助保证电池充电安全，一起契合尺度和分量要求，Dialog的SmartBond™ DA1468x系列SoC(体系级芯片)集成了电源办理功用，再加上一些外部元件和衔接的辅佐，可彻底满足JEITA标准的要求。
该功用的中心是一种灵敏的CC/CV充电算法。该算法支撑200 µA – 400 mA充电电流，可以对具有不同容量的电池充电。图3显现了如何将DA1468x SoC衔接至电池来进行充电。
图3 选用DA14680或DA14681的锂离子电池充电电路示例
该算法有四个不同的充电阶段：预充、恒流、恒压和电压监控。
充电周期
充电进程在检测到输入电压后当即开端。假如电池电量严峻损耗(例如电压已低于3V)，则充电算法会触发预充阶段，以低电流(约为电池容量的10%)为电池“预充电”，直至电池可以承受满充电电流。这可以避免呈现过热现象。
在电压到达适宜水平后，充电算法切换至恒流阶段，以较高电流(可到达电池的容量)为电池充电，直至电压到达4.2 V(标准值)。这时充电器进入恒压阶段，以避免过充风险。在此阶段，电压坚持在4.2 V，而电流下降至电池容量的10%左右。从恒流阶段过渡到恒压阶段是逐步并且滑润地完结的，避免电池受损。
到这时电池现已充溢。假如充溢后电池依然处于衔接状况，则充电器进入电压监控阶段，然后供给周期性的续充，以补偿因为电池自放电而发生的电量耗费。续充一般在电池开路电压降至4.0 V以下时进行。
图4 Dialog DA14680和DA14681的充电周期
在这个根底循环中，体系规划工程师可以对一系列参数进行调整，以定制充电进程。这些参数包含：
· 预充电流(应设为10%[1]–亦即1mA – 15mA)
· 预充电压Vpcv(应设为3.05V)
· 预充定时器(默认值= 15分钟)
· 稳定充电电流Icc(应设为70%1)
· 充电电压Vfloat(规模4.2 – 4.6V)
· 恒流(CC)定时器(默认值 = 180分钟)
· 恒压(CV)定时器(默认值 = 360分钟)
内置维护功用
为协助保证安全，DA14680和DA14681供给了一系列内置维护功用，以避免由非标准充电条件形成的问题，包含：
· 欠压放电
· 过压充电
· 过流充电
· 预充、恒流和恒压阶段超时
· 电池温度低和高(带有外部NTC和衔接)
咱们强烈建议电池供给针对过压充电、欠压放电和过流充(放)电的内置维护功用，此外，电池还有必要有内置负温度系数(NTC)传感器，该传感器应当衔接至DA14680或DA14681的NTC引脚。该引脚还应当衔接至模/数转换器(ADC)输入(如ADC5)。
安全、便利和牢靠的可穿戴设备
可穿戴设备商场现在增加迅猛，并将在未来几年持续坚持增加。体系功耗和能量收集潜力方面都已获得必定发展。但咱们离可穿戴设备从其地点环境中获取能量进行充电的方针还有很长的间隔。因而，可穿戴设备和其他功用丰厚的物联网运用依然需求运用充电电池。
锂离子电池体积小、分量轻、容量大，可协助体系规划工程师满足尺度约束，一起供给使顾客满足的长电池续航时刻。其较高作业电压意味着需求的电芯更少，然后可以进一步减小体系尺度和进步规划灵敏性。
但这些电池需求更杂乱的充电解决方案来保证安全和高效的充电。Dialog的DA1468x系列产品供给集成的电池办理功用，包含契合JEITA标准的充电算法和内置维护功用。在单个芯片上供给一切这些功用可协助进一步减小体系尺度，一起完结规划灵敏性的最大化，并简化规划进程。规划工程师因而可以更快地规划出功耗丰厚、舒适和外观美丽的可穿戴设备。
