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鋰離子電池本身的良好特性，使得其在便攜式產品中（手機、筆記本電腦、PDA等）的應用越來越廣泛，用于鋰離子電池的充電器在設計和功能上也日趨完善。本文主要介紹了鋰離子電池手機充電器的市場現況、發展前景，以及目前流行的電路設計。 一、引言 鋰離子電池具有較高的能量重量比和能量體積比，無記憶效應，可重復充電次數多，使用壽命較長，價格也越來越低。它的這些特點促進了便攜式產品向更小更輕的方向發展，使得選用單節鋰離子電池供電的產品也越來越多。 鋰離子電池的不足之處在于對充電器的要求比較苛刻，對保護電路的要求較高。其要求的充電方式是恒流恒壓方式，為有效利用電池容量，需將鋰離子電池充電至最大電壓，但是過壓充電會造成電池損壞，這就要求較高的控制精度（精度高于1％）。另外，對于電壓過低的電池需要進行預充，充電終止檢測除電壓檢測外，還需采用其他的輔助方法作為防止過充的后備措施，如檢測電池溫度、限定充電時間，為電池提供附加保護。由此可見實現安全高效的充電控制成為鋰離子電池推廣應用的瓶頸。 鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而保證電池安全充電。增加其它充電輔助功能是為了改善電池壽命，簡化充電器的操作，其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充電完成后關斷充電器、電池部分放電后自動啟動充電等。所有或者部分這些功能都可以在充電芯片中實現，當然，也可利用ASIC、分立器件、或在微處理器的基礎上用軟件實現。 二、國內手機充電器市場情況 目前，市場上手機充電器種類繁多，但其中也有很多質量低劣的不合格產品。在去年產品質量國家監督抽查結果中，將近40％的廠家生產的充電器不合格。其主要問題出現在: 與交流電網電源的連接，電源端子騷擾電壓，輻射騷擾場強和充電電壓幾個方面。另外，一些產品的低溫性能、額定容量、放電性能、安全保護性能等方面存在質量問題。這些質量問題會影響到手機的正常使用，還會影響手機的使用壽命，嚴重時還可能傷害消費者。 現在市場上發現有一些假冒偽劣手機電池便攜式充電器。這些充電器由于價格非常低，攜帶方便，有許多手機用戶更愿意使用這些充電器來對電池進行充電。劣質充電器實際上就是一個沒有安全保證的簡易變壓器，由于內部缺少保護電路等保證安全的零配件，因而重量較原裝品輕很多。但實際上，由于現在的手機電池多采用鋰離子電池或鎳氫電池作電芯，對充電器的電壓、電流特性及安全保護有很高的要求。這些假冒偽劣充電器由于設計簡單，采用劣質材料，加工手段粗糙，對手機電池的性能和壽命有很大損害。沒有保護電路的充電器，由于不能保證充電時電流的穩定，因而會有燒壞電池甚至爆炸的危險。 目前手機充電器主要有旅行充電器，座式充電器和車載充電器。廠家生產的原裝旅行充電器和座式充電器，設計上都采用越來越精密的保護電路或開關電路設計，對電池的充電起到了良好的保護作用。車載充電器可以方便用戶在汽車上為手機充電，一端插入點煙器，另一端連接手機，但不宜在汽車中長期充電，因為汽車中溫度較高。 三、手機充電器的市場走向 1. 目前，手機充電器可分為單槽形狀和雙槽型充電器，單槽形充電器正在受到雙槽形的攻擊。雙槽形充電器除了具有慢速充電、快速充電、放電及鎳鎘、鎳氫電池兼充的標準功能外，還有部分產品帶有自動溫度控制與電壓控制，嚴防過充的新功能，因而消費者應將傾向于選擇雙槽型充電器。 2. 隨著手機種類的日益增多，各種充電器因機型不同，電源端口的大小也不相同，從而不能互換使用，給消費者帶來了不便。標準型充電器，是指可以連接所有手機底端電源插座（端口）的充電器。而且，生產的手機的電源端口將統一為適用于標準充電器的規格。這樣，消費者將不必在每次換手機時同時購買新的充電器。由此可見，充電器在從坐式向便攜式、雙槽式等方向發展的同時，也開始向標準化、通用化的方向發展。 3. 手機充電器的待機耗電量的降低逐步成為充電器的設計過程中的一個重要環節。相比于以前的充電器，今后生產的產品將會在各項功能完善的同時進一步降低本身的待機耗電量。為了達到這一目標，可以設計一個判斷AC適配器是否連接負荷（手機）的IC，當未連接負荷時，將AC適配器的直流輸出方（2級電路）切換到高阻抗電路上。通過采取這一措施可以大幅減少待機時2級電路的消耗電流（可以達到數十μA）。另外，還可以在輸入交流100V方（1級電路）中設置切換電路。在未連接負荷時，通過開關切換電路來減少供應給直流輸出方（2級電路）的功率從而減少耗電量。 4.現在市場上的大部分充電器，只是針對鋰電池或鎳氫電池充電的，但是隨著市場的發展，自動識別兩種電池而進行相應的充電進程的充電器正在逐步占據主流。可以自動分辨鋰電池或鎳氫電池的座充能“防止將鋰電放電的錯誤動作”，如果在充鋰電池時不小心按到了座充上的“放電鈕”，好的座充可以辨識出來是鋰電池，因此不會做放電動作；差的座充則不管三七二十一地進行放電，這就會造成鋰電池壽命的折損。 四、手機充電器的設計要求 目前一些大的廠家生產的手機充電器都具有以下特點: 寬范圍AC輸入或多國電壓可選；具備限流保護，電流短路與反充保護線路設計；體積小、重量輕；自動、快速充電，充滿電后自動關斷等等。另外，有的充電器還有自動識別鋰離子、鎳氫、鎳鎘電池組；具有放電功能；LED 充電狀態顯示；低噪聲；模擬微電腦控制系統等特點。 使用智能控制的充電器模塊框圖一般如下： 五、手機充電器工作流程 目前手機充電器的工作流程一般為： 1. 檢測電池的電壓，如果低于一個閾值電壓，就要進行涓流充電； 2. 電池充到一定電壓（一般設置為2.9V）時，進行全電流充電； 3. 當電池電壓達到預置電壓（鋰離子電池一般為4.2V）時，開始恒壓充電，同時充電電流降低； 4. 當電流逐漸減小到規定的值時，充電過程結束。 以美國TI公司的BQ2057為例，其充電流程如下： 除了上面的流程描述，它還具有可選的電池溫度監測，利用電池組溫度傳感器連續檢測電池溫度，當電池溫度超出設定范圍時BQ2057關閉對電池充電。而且，充電狀態識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實現，具有自動重新充電、最小電流終止充電、低功耗休眠等特性。 一般來說，恒壓充電結束時的小電流充電過程中，電流的大小一般為恒流充電時電流的十分之一。目前在鋰離子電池充電器的設計中，對手機充電結束后由于某種因素放電的情況而專門設計了檢測電路，一旦檢測到電池電壓降低，就會重新啟動充電過程（見上圖）。 其典型的充電曲線如圖所示： 綜上所述，隨著便攜式產品突發猛進的發展，尤其是手機的普及，以及鋰離子電池的廣泛應用，鋰離子電池充電器的設計和功能面臨著進一步的改善。對于眾多充電器生產廠家來說，盡早設計出功能完善、安全實用的充電器，就能更早的在市場中占據領先地位，搶占商機。 |
