详细了解系统负载后再连接充电器

引言

随着电子技术的迅猛发展，电池充电器作为一项传统产业，正经历着前所未有的变革并渗透到生活的各个领域，为了适应市场及电子设备科技发展的需要，智能充电器检测系统应运而生，并且研究已经向高频化、集成化、智能化和绿色化方向发展，智能充电器检测系统也以其维护简单、检测效率高、扩展能力强和使用寿命长等特点，迅速成为各种电子充电设备检测的首选。

系统在没有电池的情况下依靠充电器工作正变得越来越普遍。这种情况可能会出现在正常应用或厂商的产品测试期间。图 1 中，在任何瞬态或上电条件下都没有电池电源为系统供电。如果设计不够合理，则充电器就会在短路状态下锁闭。要想解决这些设计问题，我们必须充分理解充电器的输出源规范和输入系统负载要求。

图 1 充电器电源和系统负载结构图

无电池运行问题

人们通常认为锂离子 (Li-Ion) 电池充电器是一种在稳定电压下可以被控制的电流源。一般而言，这种器件都配有电池组，其起到一个能量储存器(大容量电容)的作用，以通过电源瞬态持续为系统供电。如果系统负载超出源电流片刻，电池便会补充额外的电流。在没有电池的情况下，如果系统负载电流超过了充电器的源电流，则系统电压就会迅速下降。麻烦的是，充电器为一个三级电流源，即短路、预充电和快速充电。超过有效电流会导致系统电压下降，并且还可能会使充电器进入预充电，然后转入电流更少的短路阶段。相反，如果负载电流低于充电器电流，则系统电压上升，直到达到 4.2V 稳定电压为止。最后，充电电流下降至与负载电流相等。

要想实现无电池工作，必须对充电器和系统进行设计，以使充电器能够始终向系统提供要求的电流。要解决这个问题，充电器的 IV 特性必须要与系统负载 IV 特性相匹配。

充电器的输出特性

充电器通常指的是一种将交流电转换为低压直流电的设备。充电器在各个领域用途广泛，特别是在生活领域被广泛用于手机、相机等等常见电器。充电器是采用电力电子半导体器件，将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合，充电器具有广泛的应用前景。充电器有很多，如铅酸蓄电池充电器、阀控密封铅酸蓄电池的测试与监测、镉镍电池充电器、镍氢电池充电器、锂离子电池充电器、便携式电子设备锂离子电池充电器、锂离子电池保护电路多功能充电器、电动车蓄电池充电器、车充等。

我们将讨论一种锂离子电池充电器，这是由于它具有几个充电阶段，而这些我们已经讨论过的概念可以被轻松地应用到其他充电器化学技术中去。图 2 显示的是其与充电器输出电压 VSYS 相关联时充电器的电流情况。如果没有电池并且充电器没有通电，则初始电压为 0V.当向充电器加电时，由于输入与输出之间存在内部上拉电阻(~500 Ohms)，充电器的输出电压开始上升。短路模式低于 1 伏，其设计目的是最小化 OUT 引脚短路期间的功耗。

一旦高于短路阈值 (0.8~1.4V)，充电器便会进入预充电模式。预充电对深度放电的电池进行恢复，或决定该电池组是否受到破坏以及是否需要终止充电。预充电电流约为快速充电电流的 1/10,但是某些充电器可以单独编程控制这一水平。预充电模式在 ~3V 时转为快速充电恒定电流，这时便获得了编程控制快速充电恒定电流。充电器决不会提供比这种编程控制电流电平更多的电流。电压在 4.2V 时达到恒定电压模式后，输出得到调节，并且能够提供达到编程控制电流电平的电流。如果负载电流降至终止阈值，则充电终止，除非终止功能失效。

图 2 锂离子充电概述——充电电流和电压输出

表 1 列出了每一个阶段的电流。

充电器模式 典型的电压范围 可用电流 等效功率

短路模式 0~1.0 V 500 ohms 或 ~8mA 8 mW

预充电模式 1~3 V 100 mA 100~300 mW

快速充电模式 3~4.2 V 1000 mA 3~4.2 W

既然我们知道有多少电流来自充电器，那么就需要一个系统负载分析来确认设计是否适合无电池运行。

系统负载特性

电阻性负载会吸收电流，该电流与施加的电压成比例关系，并且可出现在上电阶段。在无电池上电时，低于 125 Ohms (ISINK = 1V/125 Ohms = 8mA) 的电阻可以阻止充电器退出短路模式。

一般而言，一个DC/DC降压转换器在其输入电压接近其调节输出电压时才被启用。由于转换器的输出电压固定，因此其负载通常恒定不变，这样其输入电流便与其电压成反比关系。图 3 中的两条曲线显示了流入一个 1.8V 和 3.3VDC/DC转换器的输入电流与输入电压之间的对比关系。您可以看到，电压上升则电流下降，反之亦然。