电池基电源管理系统的设计分析

充电器

　　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。

　　充电器按能源使用方式分类

　　普通充电器：用普通家庭用电等通过变压器提供能源。

　　太阳能充电器：利用太阳能面板收集太阳能

　　无线充电器：利用电磁耦合等原理

　　手摇充电器：利用人力

　　干电池应急充：利用1节到几节干电池，提供应急充电，一般大概能提供十几分钟的电能。

　　用充电器给电池充电时，一定要按电池的充电说明书选用合适规格的充电器，并正确连接。否则会出现用电器损坏或安全事故，建议选用智能型充电器，因为其保护完善。一般不会出现事故。

　　二次电池的充电和放电能力是用“C”表示，指示安培一小时（Ah）。实际的电池能力依赖于C率和温度。大多数便携电池额定为1C。1C放电汲取等于额定能力的电流。

　　可重新充电电池的性能和寿命主要依赖于充电器的质量。一种充电器（只用于NiCd）加约0.1C固定充电率。一个较快的充电器用大约0.3C充电率可耗时3~6小时。

　　NiMH电池充电器也适合于NiCd电池，但反之不行。锂基电池充电器需要更严格的算法和电压。对于大多数锂电池组，1C以上充电是不可能的，因为保护电路限制电路限制电池可接受的电流量。

　　Li-ion电池在达到满充电时，每个电池都具有严格的电压、电压容限，而且无涓流或浮充电。在1C起始电流对Li-ion电池充电需要3小时左右。在达到上限电压阀值以及电流下降和电平超过额定充电电流大约30%时，满充电会发生。增大Li-ion充电电流对缩短充电时间会有点影响。尽管用较高的电流可更快地达到电压峰值，但充电耗时会比较长。Li-ion电池不能吸收过充电，过充电会导致电池过热。Li-ion恒流恒压（CCCV）对于保证最大能量到电池而不过压是重要的。

　　电压稳压器与电池的匹配

　　电池输出连接到电压稳压器IC的输入，电压稳压器系统负载提供稳定的电压。稳压器芯片在电池电压下降时能使电池基系统工作正常。

　　有3种电压稳压IC拓扑用于电池基系统：开关模式，低压降（LDO）和电荷泵。没有单个电压稳压器IC拓扑适合所有电池基应用。因此，对具体的应用应选择合适的电压稳压器拓扑。

　　开关稳压器

　　开关稳压器IC接收dc输入并用脉宽调制（PWM）来控制功率半导体开关的导通和截止时间。然后，整流和滤波开关输出，从而提供dc 输出电压。dc输出部分与稳压的基准电压进行比较，而任何相应的误差信号导致PWM电路来保持恒定的输出电压。

　　图1示出通常用于便携系统电压稳压的一个简化、隔离开关电源。此电源是隔离的，这是因为从输入到输出无直通的dc通路，图中的变压器提供隔离。开关电源也可以是非隔离式的，这意味着输入和输出间存在直通的通路。开关稳压器的效率是一个重要的特性，特别是对于电池基系统而言更是这样。对效率有主要影响的是相关的功率半导体开关，它的导通电阻、工作电流和开关速度决定效率。

　　影响效率的另一因素是输出整流器配置。一些电压稳压器IC采用外部肖特基整流器。应由快速开关功率MOSFET构成的同步整流器（图2）替代肖特整流器，这可改善效率。

　　现在开关稳压器IC工作在100KHz~2MHz，这会产生影响效率的另外因素。稳压器所采用的磁元件（电感器和变压器 ）在开关频率必须有最小的功耗。更快的开关频率考虑采用物理尺寸更小的外部元件，较高的开关频率可导致较大的磁芯材料损耗。

　　LDO稳压器

　　LDO稳压器（图3）是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的 LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为 PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右；与之相比，使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。差分放大器的一个输入监控输出比率。差分放大器的第2个输入来自稳定的电压基准。若输出电压相对基准电压趋向于升高，则加到功率半导体的驱动改变，以保持恒定输出电压。

　　LDO借助输入和输出电压之间的差，使IC稳定输出电压。LDO调整输出电压直到它的输入和输出接近于相互之间电压降为止。理想的电压降应尽可能的低，以使功耗最小和效率最高。

　　LDO稳压器的压降决定最低可用电源电压。对于标定的3~5.5V输入可标定LDO提供3.3V输出。在150mA，100mV压降正在变得更标准化。

　　现有的LDO稳压器可提供可调或固定输出电压。固定输出型LDO的输出电压变化为±2%~±6%，通常提供1~5V范围的输出。

　　输出噪声是LDO稳压器需考虑的另一问题。通常在宽范围内额定指标是微伏rms。