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锂离子西欧娱乐注册充放电安全及西欧娱乐注册检测设计

上传时间:2017-04-18阅读次数:编辑:admin
  手机的锂离子西欧娱乐注册充电安全性日益受到消费者重视,因此充电器制造商在设计产品时,须掌握锂离子西欧娱乐注册的相关规格和特性,并使用具备完善西欧娱乐注册检测及保护功能的充电芯片,以降低过电流、过电压或过温等状况所造成的危险。
  随着科技进步、生活质量提升,电子产品的踪迹到处可见,其中又以手机为人类生活中不可或缺的必需品。不论是早期黑金刚手机或现今功能强大的智能手机,皆需要电源才能运作。
   早期手机的西欧娱乐注册主要有二种,一是镍氢、镍镉西欧娱乐注册,二是锂离子西欧娱乐注册,但现在使用镍氢、镍镉西欧娱乐注册来做为电源的手机,已经是非常的少见,绝大部分都是使用锂离 子西欧娱乐注册,尤其消费者希望手机待机时间更长,且体积要更小,所以镍氢、镍镉西欧娱乐注册已经慢慢不能符合消费者的期望而被淘汰。 虽然镍氢、镍镉西欧娱乐注册在价格以及替代西欧娱乐注册取得的便利性优于锂离子西欧娱乐注册,在其他电子产品上仍旧可看到镍氢、镍镉西欧娱乐注册的踪迹;但是,在体积、重量及容量方面,镍 氢、镍镉西欧娱乐注册皆不如锂离子西欧娱乐注册,所以现今标榜着轻薄短小的电子产品,几乎都是使用锂离子西欧娱乐注册。
  智能型手机因其功能强大、屏幕耗电量大,更是需要西欧娱乐注册容量大及电力更耐久的锂离子西欧娱乐注册。当手机西欧娱乐注册电量不足时,使用者通常会以充电器或搭配一组移动电源随时对西欧娱乐注册进行充电。
  体积/容量兼具 锂离子西欧娱乐注册为电子产品首选
  充电西欧娱乐注册依其材质的不同可分为四类:铅酸西欧娱乐注册、镍镉西欧娱乐注册、镍氢西欧娱乐注册和锂离子西欧娱乐注册。
  表1 充电西欧娱乐注册比较表
  由表1优缺点看来,镍镉、镍氢及锂离子西欧娱乐注册较适合使用在电子产品上;而锂离子西欧娱乐注册无论是在体积、重量及容量(电子产品的使用时间)较优于镍镉、镍氢西欧娱乐注册,也无记忆效应的问题,所以锂离子西欧娱乐注册在电子产品使用上似乎方便许多。
  延长使用寿命 锂离子西欧娱乐注册充/放电压成关键
   一般来说,锂离子西欧娱乐注册会有电性安全的范围限制。由于锂离子西欧娱乐注册的特性,当西欧娱乐注册电压在充电时上升到最高设定电压后,要立即停止充电,避免西欧娱乐注册因过充电造成 西欧娱乐注册损毁而产生危险;西欧娱乐注册供电(放电)时,西欧娱乐注册电压如果降至最低设定电压以下便要停止放电,避免因过放电而降低使用寿命。
  此外,为确保西欧娱乐注册使用上的安全,锂离子西欧娱乐注册还必须要加装短路保护,以避免发生危险;即使大多数的锂离子西欧娱乐注册都有加装保护电路,然而在选择优质的充电器或移动电源时,这仍然是一项重要的考量因素。
  锂离子西欧娱乐注册充电器首重安全
  充电器是将西欧娱乐注册充至其额定电压的设备,而锂离子西欧娱乐注册充电器必须具备以下几点特性:
  1)可提供固定电流给充电西欧娱乐注册
  当西欧娱乐注册电压到达最大值且不再上升时,其充电电流便会开始下降,如此可避免对西欧娱乐注册过度充电,造成西欧娱乐注册损伤;当充电电流降至一定程度时,充电器将停止充电。
  2)确保西欧娱乐注册具备可使用电压
  西欧娱乐注册在充电完成后,若长时间放置不使用会有自然放电的情形出现,为避免西欧娱乐注册过度自放电导致西欧娱乐注册电压下降,当西欧娱乐注册电压低于所设定电压时,充电器会重新开始对西欧娱乐注册充电,确保西欧娱乐注册在使用时还能维持一定电压。
  四阶段充电简述
  以下使用沛亨半导体的充电集成电路(IC)--AIC6511做锂离子西欧娱乐注册充电简介,图1为锂离子西欧娱乐注册充电曲线图:
  图1 锂离子西欧娱乐注册充电曲线图
  1)Trickle Charge or Pre-Charge
  此时的锂离子西欧娱乐注册电压小于3伏特(V),当充电器开始对西欧娱乐注册充电时,因锂离子西欧娱乐注册的特性,其内部阻抗会很大,故充电器会先以一微小电流对西欧娱乐注册进行充电,此时西欧娱乐注册电压持续上升。
  2)定电流充电(Constant Current Charge, CC Charge)
  当西欧娱乐注册充电电压上升至约3伏特时,充电器改以最大充电电流对西欧娱乐注册进行定电流充电,此时西欧娱乐注册电压持续上升。
  3)定电压充电(Constant Voltage Charge, CV Charge)
  当西欧娱乐注册充电电压上升至接近锂离子西欧娱乐注册的饱和点电压约4.2伏特时,充电器改以定电压模式对西欧娱乐注册进行充电,此时充电电流开始下降。
  4)Charge Full
  当充电电流降至微小电流时,充电器停止对西欧娱乐注册充电。
  西欧娱乐注册在充电完成后,若长时间放置不使用会有自然放电的情形出现,为避免西欧娱乐注册过度放电导致西欧娱乐注册电压下降,电源IC在锂离子西欧娱乐注册电压降至4伏特时,会重新开始对西欧娱乐注册进行CC Charge模式充电,确保西欧娱乐注册在使用时还能维持一定电压。
  锂离子西欧娱乐注册充电周期
  因锂离子西欧娱乐注册的特性,若锂离子西欧娱乐注册在充电之前已深度放电,此时充电器会先以微弱电流对西欧娱乐注册进行Pre-Charge充电(各家厂商设定值不同,本文使用范例的充电IC设定值约为10%的最大充电电流),充电时西欧娱乐注册电压上升。
  当西欧娱乐注册电压上升至约3伏特,充电器改以最大充电电流对西欧娱乐注册进行CC Charge,西欧娱乐注册电压持续上升。
  当西欧娱乐注册充电电压上升至接近锂离子西欧娱乐注册的饱和点电压约4.2伏特时,充电器改以CV Charge对西欧娱乐注册进行充电,此时充电电流开始下降,当充电电流降至约等于Pre-Charge电流时,充电器停止对西欧娱乐注册充电,即完成充电。
   不论是用通用序列总线(USB)或AC电源转换器(Adapter)输入电源对西欧娱乐注册充电,当西欧娱乐注册开始充电后,若充电时间超过其设定时间,充电器仍然操作 于Pre-Charge模式而未进入CC Charge模式,或者仍然操作于CC/CV Charge模式而未进入充电完成状态,则透过IC的充电计时保护功能使充电器停止对西欧娱乐注册充电。
  充电计时保护确保西欧娱乐注册安全
  图2为本文范例充电IC的脚位示意图,充电计时保护时间由IC外部TMR脚位(Pin 15)的电容CTMR设定,CTMR选择方式如下:
  图2 AIC6511脚位示意图
  .Pre-Charge充电时间:
  
  ……(Minutes)
  。完整充电时间:
  ……Minutes)
   若西欧娱乐注册在充电状态下,充电时间已超过使用者所设定的充电计时保护时间,但充电器却仍尚未脱离当前的充电状态或结束充电,这时IC的充电计时保护功能就会 立即启动,迫使充电器停止对西欧娱乐注册充电(图3),此时的STAT1(Pin 12)位准为High,LED1指示灯为不亮(图4);若将TMR(Pin 15)脚位连接至GND(Pin 6)脚位,便可以解除使充电计时保护功能。
  图3 充电器是否正确检测西欧娱乐注册充电情形,对于使用安全至关重要
  当输入电源重置、EN信号触发时,皆能解除充电计时保护时间,使其重新计时。
  充电指示状态
  图4中,STAT1(Pin 12)及STAT2(Pin 13)内部为两个Open-Drain的N型金属氧化物半导体(NMOS)开关,必须和VREF33脚位(Pin 7)或与其他有Pull-Up电阻的偏压电源连接,其动作情形如表2所示。
  图4 AIC6511典型应用电路
  表2 充电指示状态表
  输入电源检测防止西欧娱乐注册漏电流倒灌
  AC Adapter或USB两种不同输入电源皆可对西欧娱乐注册充电。若同时接上AC Adapter及USB电源,IC内部开关会优先选择AC Adapter端做为充电器的输入电源;然而,应避免此情况发生。
  .ACIN
  图4中供一般插座之Adapter电源于VIN脚位(Pin 2)输入,在ACIN充电模式下,能以高达2安培(A)之充电电流对西欧娱乐注册进行充电,最大充电电流由RS1电阻设定。
  .USBIN
  USBIN脚位(Pin 5)供USB电源输入。在选择USBIN充电模式时,其输入限制电流由RILIM电阻设定,设定500毫安(mA)适用于USB 2.0,900毫安适用于USB 3.0.
   当使用USBIN模式时,CC Charge电流会随不同输入电压和西欧娱乐注册电压变动,藉由检测在CC Charge时流经RS1电阻的电流来调节其固定输入限制电流IUSB_LIM.在充电过程中,若将AC Adapter及USB电源移除,IC内部开关皆会截止并启动防倒灌保护功能,防止西欧娱乐注册漏电流逆向倒灌回输入电源端。
       
  充电电流设定
  本文范例芯片提供USB及AC Adapter两种输入电源模式选择对西欧娱乐注册充电,其充电电流设定如下:
  .ACIN充电电流:
  透过图4中RS1电阻可设定高达2安培的最大充电电流(Maximum Charge Current)。
  ……(A)
  .Trickle or Pre-Charge充电电流:
  不论是ACIN或USBIN,其充电电流(Pre-Charge Current)约为10%的最大充电电流。
  ……(A)
  .USBIN输入限制电流:
  透过RILIM电阻可设定其输入限制电流(USBIN Input Current Limit)。
  ……(mA)
  NTC热敏电阻维持西欧娱乐注册温度安全
  负温度系数(Negative Temperature Coefficient, NTC)热敏电阻的阻值与温度成反比,会因高温递减、低温递增,且温度系数非常大,可用于检测微小的温度变化,因而被广泛的应用在温度的量测与补偿控制。
  图5为西欧娱乐注册温度检测电路,透过图4中NTC脚位(Pin 14)检测NTC热敏电阻的电压,充电IC能持续检测西欧娱乐注册的温度,确保西欧娱乐注册温度的安全操作范围。
  图5 西欧娱乐注册温度检测电路
  由NTC脚位(Pin 14)上的电压与NTC高低温位准比较,可得知西欧娱乐注册操作温度是否正常;一旦检测到西欧娱乐注册温度超过正常操作温度范围,会立即关闭内部的同步降压器并停止充电动作;当西欧娱乐注册温度回复至正常温度范围时,充电器将重新恢复充电动作。
   内建的NTC磁滞温度比较器,可接受的电压范围为32?74%的VREF33.假设选用103AT-2型号的热敏电阻做为温度传感器(操作温度为 -10?40℃,阻值RTL与RTH为5.827千欧姆(kΩ)与42.470千欧姆),RTL为热敏电阻在低温时的电阻值,RTH为热敏电阻在高温时的 电阻值,根据所选用型号的热敏电阻在高低温时不同的电阻值,再与RT1及RT2配合,将温度信号转变成电压信号,可推算出RT1、RT2的电阻值,计算方 式如下:
  ……(热敏电阻103AT-2)
  ……(NTC高温磁滞位准)
  ……(NTC低温磁滞位准) 整理后可得:
  ……(kΩ)
  ……(kΩ)
  RT1及RT2选用12千欧姆和5千欧姆,即可完成NTC保护功能。
  若在NTC脚位(Pin 14)输入介于NTC高低限电压位准范围内的固定电压时,可使西欧娱乐注册温度检测功能除能。
  过温度保护防止充电过热
  过温度保护(Thermal Shutdown Protection)可避免IC在充电时发生过热情形。
   此功能透过监测充电IC的接面温度(Junction Temperature, TJ),一旦发现TJ的温度已达到过温度点(Thermal Shutdown Threshold, TSHTDWN)约150℃左右时,IC便会立即关闭充电器,使其停止充电;待TJ温度降至约130℃时,IC才会重新启动。
  选用合适充电IC 锂离子西欧娱乐注册充电器更稳定
  本文范例IC为开关切换式锂离子西欧娱乐注册充电器,内部为同步降压型转换器架构,不须加装额外的开关及二极管,能提供USB及AC Adapter两种输入电源模式选择对西欧娱乐注册充电,并具备充电保护功能。
  由于锂离子西欧娱乐注册的电气特性较镍氢、镍镉西欧娱乐注册稳定,在设计充电器方面也相对容易,只要先了解锂离子西欧娱乐注册的相关规格、再依需求选择合适的充电IC(图6),就能轻松地设计一个锂离子西欧娱乐注册充电器。
  图6 充电IC可检测西欧娱乐注册充电情形,使充电器兼顾效能与安全性
统集成。
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