作者：伊大成

鋰聚合物電池廣泛應(yīng)用于日常生活中的一些小型電子產(chǎn)品中。如：手機(jī)、PDA等類(lèi)電子產(chǎn)品中。這些場(chǎng)合要求所使用的電源的體積盡可能地小，重量盡可能地輕。這對(duì)于廠(chǎng)商十分重要。當(dāng)然，電池還要具有充足的能量，不要求用戶(hù)每天充電。將所有這些特別要求匯集在一起，甩戶(hù)很快就會(huì)選定LiPo（鋰聚合物電池）。當(dāng)然在使用鋰電池的過(guò)程中，也存在幾個(gè)缺點(diǎn)：首先，不是所有的鋰電池都能提供大的電流。它們能提供的最大電流為10C（關(guān)于參數(shù)C，請(qǐng)先參見(jiàn)附錄）。當(dāng)然也有個(gè)別的例外，如有的鋰電池能提供達(dá)到20～30C的電流。另一個(gè)需要考慮的問(wèn)題是它與其他電池不同的充電方式。此外，鋰電池對(duì)于非正常的使用條件非常敏感。這種類(lèi)型的電池在非正常使用條件下引起火災(zāi)或爆炸也不是完全不可能的。因此，在設(shè)計(jì)鋰電池充電器時(shí)，有一些原則必須遵守。
充電方式
在為鋰電池充電時(shí)有兩件事情必須注意：即額定電流和電壓。廠(chǎng)方通常會(huì)提供以C表示的參考放電電流值，以及以安培小時(shí)為單位表示的額定容量。這個(gè)值的范圍通常為1C～2C之間。此外，最大電壓一定不能被超過(guò)，一般應(yīng)為（取決于廠(chǎng)家）4.2～4.25V。所以，這里介紹的充電器實(shí)際是一個(gè)精密電源。其電流和電壓都被限定所要求的范圍內(nèi)。
鋰電池的典型充電曲線(xiàn)見(jiàn)上圖：在充電周期開(kāi)始時(shí)，電流恒定，隨著充電過(guò)程進(jìn)行，電壓逐漸增長(zhǎng)，達(dá)到4.2V。
從這時(shí)開(kāi)始電壓保持不變，而電流開(kāi)始慢慢減小，而當(dāng)電流降到大約0.05 C時(shí)，充電過(guò)程基本結(jié)束。這時(shí)電池已經(jīng)接近充滿(mǎn)電了，其后的充電則非常緩慢地進(jìn)行。

電路
下圖顯示了這個(gè)充電器的完整結(jié)構(gòu)，其中心部件是一個(gè)線(xiàn)性技術(shù)公司（Linear Technology）出品的放大器芯片LT1510。此芯片包含有一個(gè)帶有限流和限壓功能的降壓轉(zhuǎn)換器。因此，整個(gè)充電器電路僅僅需要添加通常所需的一半的外接元件。由于有了這個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器，此充電器的效率很高，并且并不需要附加散熱片。
這個(gè)轉(zhuǎn)換器僅僅需要外接一個(gè)電感器，二極管和電容等穩(wěn)壓電路。轉(zhuǎn)換器工作于相當(dāng)高的頻率之下（大約200kHz）。所以使用的電感可以很小。

一、電壓調(diào)整
如下圖所示：本充電器設(shè)計(jì)成為兩個(gè)鋰電池串聯(lián)充電的電路。由于每個(gè)電池上的電壓絕對(duì)不能超過(guò)4.2V，所以我們選擇最大充電電壓為8.2V（每片電池4.1 V），電壓調(diào)節(jié)由R4、R5來(lái)完成。集成電路保證在其第5腳（OVP）上，的電壓不超過(guò)2.365V。OVP腳上的電壓等于：
Vovp=Vbatt R5／（R4+R5）當(dāng)電池兩極間的電壓為8.1 8V時(shí)，IC第5腳上的電壓為2.47V。在這種情況下IC確保了電壓不會(huì)進(jìn)一步升高，從而通過(guò)電池的電壓也不會(huì)變得太高。
如果想把這個(gè)充電器變?yōu)槟転?節(jié)串聯(lián)鋰電池充電的設(shè)備，我們可以很方便地調(diào)整R4上的電壓，從而將IC的限制電壓提高為4.1 V×3。當(dāng)R4的值為1 9.6k時(shí)，此電壓將被限制為1 2.39V。這相當(dāng)于每節(jié)電池4.1 3V。
如前所述，由于鋰電池對(duì)于所施加的電壓十分敏感。所以R4、R5必須使用誤差為1％的精密電阻。這對(duì)于保證在最壞的情況下，電壓也始終不會(huì)高于標(biāo)準(zhǔn)電壓值1％以上，具有十分重要的意義。當(dāng)然，集成電路的輸出也不會(huì)絕對(duì)準(zhǔn)確，這就是為什么我們?cè)O(shè)計(jì)將每片電池的充電電壓采用4.1V，而不是4.2V。只有這樣，才能夠保證電池的最大電壓不會(huì)被超過(guò)。
由于使用了降壓轉(zhuǎn)換器，所以電路需要由高于電池充電電壓幾伏的電源來(lái)供電。因此在為兩片串聯(lián)電池充電時(shí)，需要采用1 2V電源，而為3片串聯(lián)電池充電時(shí)，則電壓至少需要15V。

二、電流調(diào)整

電流的調(diào)整，可以很方便地通過(guò)在地與IC的13腳（PROG）之間所接的龜阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。而C7和R3對(duì)于穩(wěn)壓電路的穩(wěn)定是十分必要的，不能省略掉這些元件。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1開(kāi)路時(shí)，由R1決定IC所能釋放出的最大電流。其公式為：

Iconst=2.465(2000/R1)

在樣機(jī)電路中，R1的值為49.9 k。
這時(shí)電路的電流約為100mA。而當(dāng)S1閉合時(shí)。IC看起來(lái)好象連著一個(gè)阻值等于R1、R2并聯(lián)的電阻。在樣機(jī)情況下，為49.9k與1 2.4k并聯(lián)，結(jié)果等于一個(gè)9.93k的電阻。通過(guò)上述公式計(jì)算可得充電電流約為500mA。
如果你希望加大充電電流，需要注意避免峰值電流大大高于預(yù)定的平均電流。這個(gè)電流要流過(guò)包括D1、D2和D3；電感線(xiàn)圈以及IC。此外，還必須確認(rèn)電池的額定充電電流不會(huì)被超過(guò)。

三、充電指示器
變換器集成電路LT1510有一個(gè)缺點(diǎn)是：沒(méi)有一個(gè)有效的輸出管腳能夠指示出IC實(shí)際提供的電流量是多少。而這對(duì)于判定是否需要繼續(xù)充電是有用的。為了能夠測(cè)量電流，R7被接入電流回路中。通過(guò)測(cè)量R7上的電壓降，從而判定IC上的輸出電流。R7上的電壓降由放大器IC2A進(jìn)行放大，IC2B將此電壓與一個(gè)固定電壓2.85V相比較。
借以判定電流是否已經(jīng)降到確定值以下。這里所使用的測(cè)量方法可能不是非常準(zhǔn)確，但卻足以指示出充電的狀態(tài)。當(dāng)然，如果愿意，R7可以用一個(gè)精密電流表代替。
IC2B的增益由跳線(xiàn)K2來(lái)調(diào)整。這個(gè)跳線(xiàn)可以選擇放大器反饋電阻的阻值，從而影響放大器的增益。圖上在靠近K2處標(biāo)出了各阻值所對(duì)應(yīng)的饋送到LED管D5上的大約的電流值。
電路裝配
下圖中顯示了鋰電池充電器的PCB板布局設(shè)計(jì)。PCB板設(shè)計(jì)空間很充裕，所以安裝元件很容易。在裝配二極管和電解電容和IC時(shí)，要特別注意極性。同時(shí)，不要忘了在K2和C2之間的連線(xiàn)。IC2可以裝在插座上。但lC1最好直接焊在板上，或者使用帶有彎曲針的高質(zhì)量的插座。
插上跳線(xiàn)到K2上，以使LED指示燈得到所希望的電流。其值最好選擇在電池的額定值的C門(mén)O比率以?xún)?nèi)?，F(xiàn)在，電路已經(jīng)準(zhǔn)備好為電池充電了。電池接到BTl腳上?，F(xiàn)在接上外電源到K1（注意：其電壓必須與所要求的輸出電壓相匹配），插上電源插頭。充電過(guò)程中，可以通過(guò)測(cè)量電池兩極之間的電壓來(lái)檢查工作是否正常（兩片電池最高為8.2V）。測(cè)試R7兩端的電壓降，可以檢查充電電流（100mA時(shí)，為0.1 V）。
如果這些都正確，就可以將電路裝入外殼中。用可靠的插口來(lái)連接電源和電池，使之?dāng)y帶更方便。