电池与充电办理：挑选与权衡要素
概述
便携式电子设备规划人员能够挑选各式各样的化学技能、充电器拓扑以及充电办理解决方案。挑选一款最为适宜的解决方案应该是一项很简单的作业，可是在大多数状况下这一进程较为杂乱。规划人员需求在功能、本钱、外形尺度以及其他要害要求方面找到一个最佳平衡点。本文将为广阔规划人员和体系工程师供给一些辅导和协助以使得该挑选作业变得更为轻松。
以 3 “C”开端完成充电操控
一切运用可充电电池的体系规划人员都需求清楚一些根底规划技能，以保证满意下面三个要害的要求：
1、电池安全性: 毋庸置疑，终端用户安满是一切体系规划中最优先考虑的问题。大多数锂离子 (Li-Ion) 电池组和锂聚合物 (Li-Pol) 电池组都含有维护电子电路。可是，还有一些体系规划需求考虑的要害要素。其间包含但不局限于保证在锂离子电池充电最终阶段期间 ?1% 的稳压容限、安全处理深度放电电池的预处理形式、安全计时器以及电池温度监控。
2、电池容量：一切的电池充电解决方案都要保证在每一次和每一个充电周期都能将电池容量充至充溢状况。过早的停止充电会导致电池工作时刻缩短，这是当今高功耗的便携式设备所不期望的。
3、电池运用寿命：遵从主张的充电算法是保证终端用户完成每个电池组最多充电周期的重要一步。运用电池温度和电压限制每一次充电、预处理深度放电电池并防止过晚或非正常充电停止是最大化电池运用寿命一切必要的一些进程。
表1：充电操控总结。
电池化学技能的挑选
现在体系规划人员能够在多种电池化学技能中进行挑选。规划 人员一般会依据下面的一些规范进行电池化学技能的挑选，其间包含：
* 能量密度
* 标准和外形尺度
* 本钱
* 运用形式和运用寿命
近年来，尽管运用锂离子电池和锂聚合物电池的趋势增强，可是 Ni 电池化学技能仍然是许多消费类运用一个不错的选项。
不管挑选何种电池化学技能，遵从每一种电池化学技能的正确充电办理技能都是至关重要的。这些技能将保证电池在每一次和每个充电周期都能被充至最大容量，而不会下降安全性或缩短电池运用寿命。
NiCd / NIMH
在一个充电周期开端之前，而且尽可能在开端快速充电之前对镍镉 (NiCd) 电池和镍氢 (NiMH) 电池有必要要进行查验和调理。假如电池电压或温度超出了答应的极限是不答应进行快速充电的。出于安全考虑，对一切“热”电池（一般高于 45?C）的充电作业都会暂时停止，直到电池冷却到正常作业温度范围内才会再次工作。要想处理一个“冷”电池（一般低于 10?C）或过度放电的电池（每节电池一般低于 1V），需求施加一个温文的点滴式电流。
当电池温度和电压正确时快速充电开端。一般用 1C 或更低的稳定电流对 NiMH 电池进行充电。一些 NiCd 电池能够用高达 4C 的速率进行充电。选用恰当的充电停止来防止有害的过充电。
就镍基可充电电池而言，快速充电停止依据电压或温度。如图 1 所示，典型的电压停止办法是峰值电压勘探，在峰值时即每个电池的电压在 0～-4mV 范围内，快速充电被停止。依据温度的快速充电停止办法是调查电池温度上升率 来勘探彻底充电。典型的 率为 1℃/每分钟。
图1：镍电池化学技能的充电曲线。
锂离子/锂聚合物电池
与 NiCd 电池和 NiMH 电池相相似，在快速充电之前尽可能查验并调理锂离子电池。验证和处理办法与上述运用的办法相相似。
如图 2 所示，验证和预处理之后，先用一个 1C 或更低的电流对锂离子电池进行充电，直到电池到达其充电电压极限停止。该充电阶段一般会弥补高达 70% 的电池容量。然后用一个一般为 4.2V 的稳定电压对电池进行充电。为将安全性和电池容量，有必要要将充电压稳定在至少 ?1%。在此充电期间，电池罗致的充电电流逐步下降。就 1C 充电率而言，一旦电流电平下降到初始充电电流的 10-15% 以下充电一般就会停止。
图2：锂离子电池化学技能充电曲线。
开关形式与线性充电拓扑的比照
传统上来说，手持设备都运用线性充电拓扑。该办法具有许多优势：低施行本钱、规划简捷以及无高频开关的无噪声工作。可是，线性拓扑会添加体系功耗，尤其是当电池容量更高引起的充电率添加的时分。假如规划人员无法办理规划的散热问题，这就会成为一个首要缺陷。
当 PC USB 端口作为电源时，则会呈现其他一些缺陷。当今在许多便携式规划上都具有 USB 充电选项，而且都可供给高达 500mA 的充电率。就线性解决方案而言，因为其功率较低，能够从 PC USB 传输的“电能”量就被大大下降，然后导致了充电时刻过长。
这便是开关形式拓扑有用武之地的原因。开关形式拓扑的首要优势在于功率的进步。与线性稳压器不同，电源开关（或多个开关）在饱满的区域内工作，其大大下降了整体损耗。降压转换器*率损耗的首要包含开关损耗（在电源开关中）以及滤波电感中的 DC 损耗。依据规划参数的不同，在这些运用中呈现功率大大高于 95% 的状况就家常便饭了。
当人们听到开关形式这个术语时大多数人都会想到大型 IC、大 PowerFET 以及超大型电感! 事实上，尽管关于处理数十安培电流的运用而言确实是这样，可是关于手持设备的新一代解决方案而言状况就不相同了。新一代单体锂离子开关形式充电器选用了第一流其他芯片集成，高于 1MHz 的运用频率以最小化电感尺度。图 1 阐明了当今市场上已开端出售的此类解决方案。该硅芯片的尺度不到 4 mm2，其集成了高侧和低侧 PowerFET。因为选用了 3MHz 开关频率，该解决方案要求一个小型 1uH 电感， 其外形尺度仅为：2mm x 2.5mm x 1.2mm (WxLxH)。
充电器的挑选
电池充电器东西使得规划人员挑选正确的充电器的进程更轻松。图 3 是 TI 网站上供给的一种东西的示例。
