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图5 采用三段充电法的锂电池充电特性曲线。
便携式产品的蓬勃发展，使得移动电源的功能及规格要求也日渐提升，因此如何有效率的充放电也成为各家厂商发展的主流。由于切换式充电器在应用上较线性式充电器广泛，也具有更高转换效率，适合高容量锂电池的应用。因此本文提出一个以切换式充电IC来取代线性式充电IC的移动电源方案，来提高充电电流，缩短充电时间，并使充电电路几乎不会有过热的问题发生。
移动电源电路
这几年，随着便携式产品不断成长，移动电源的需求也持续增加，轻薄小巧、快速充电、转换效率高及高安全性等也成为消费者购买移动电源时的首要考虑，为了满足消费者的需求，许多公司都推出移动电源解决方案，在此我们以沛亨半导体所开发的 AIC6511及AIC3420作为设计范例，提供给读者参考。
从上一节可以得知，一个完整的移动电源电路包含了电池充电管理IC、升压转换器IC及MCU，每个部分都会影响移动电源的整体效能，所以选用适当的IC是非常重要的。图4所示为本文所要介绍的移动电源电路，主要由AIC6511锂离子电池充电转换器、AIC3420升压转换器及MCU所组成。底下将针对所提出的移动电源电路做详细的说明。
图4 移动电源电路。
锂离子电池充电转换器
锂离子电池是目前应用最广泛的可重复充电式电池，可将单颗锂电池用于低功率产品，也可以将多颗锂电池串并联得到更高电压与容量，例如移动电源就是将多颗锂电池并联来获得高容量。锂电池具有能量密度高、自放电率低、无记忆效应、寿命长、重量轻等优点，非常适合做为便携式产品的电力来源。
锂电池充电IC分为线性式及切换式两种，线性式充电IC的成本低，IC接脚数较少，只需要少数的被动组件。然而线性式充电IC有较大的功率损耗，若设计不好常会导致IC温度过高，且一般移动电源大多使用散热较差的塑料外壳，使得线性式充电IC无法提供较大的充电电流，因此线性式充电IC通常比较适合低容量锂离子电池应用。若希望在短时间之内将电池充饱，则必须要提高充电电流，此时可以考虑应用切换式充电IC。切换式充电IC利用开关的高频切换来达到能量的传递，可提供较大的充电电流，且具有高转换效率不会有过热现象，适合高容量电池的充电应用。
充电过程中，当电池电压上升到4.2V时，要立即停止充电，以避免电池过充而产生危险，而当电池放电时，电池电压如果降至2.5V以下，要立即停止放电，以免电池过放而减少电池的使用寿命。除此之外，锂电池在应用上，还会加上短路保护电路，防止锂电池因短路而造成危险。
锂电池对充电要求很高，需要精密的充电电路以保证充电的安全，尤其要求终止充电电压精度在额定值的±0.5%之内。目前锂电池充电最常采用三段充电法，即预先充电模式（Trickle Charge Mode）、定电流充电模式（Constant Current Charge Mode）、定电压充电模式（Constant Voltage Charge Mode）。充电IC在充电前会侦测电池的状态，若电池电压大于3V，将以定电流充电模式充电；若电池电压低于3V，则以预先充电模式（约10%的定电流充电模式充电电流） 充电，到接近终止电压时，改为定电压模式充电，此时电池电压几乎不变，但充电电流会持续下降，当充电电流降到某一值时（约10%的定电流充电模式充电电流），充电电流会被关闭，完成充电。图5所示为采用三段充电法的锂电池充电特性曲线。
图5 采用三段充电法的锂电池充电特性曲线。
便携式产品的蓬勃发展，使得移动电源的功能及规格要求也日渐提升，因此如何有效率的充放电也成为各家厂商发展的主流。由于切换式充电器在应用上较线性式充电器广泛，也具有更高转换效率，适合高容量锂电池的应用。因此本文提出一个以切换式充电IC来取代线性式充电IC的移动电源方案，来提高充电电流，缩短充电时间，并使充电电路几乎不会有过热的问题发生。 |
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