给手机和pda的锂离子电池充电是一种平衡行为。一方面，在传输语音或数据时，需要大电流来快速替换电池耗尽的能量。另一方面，充电器需要小巧，以适应不断缩小的移动电话和通信pda的外形。了解可用的充电器类型以及它们之间的权衡可以让设计师为特定的应用选择合适的充电器。

锂电池充电器要求

锂电池充电器必须限制充电电流和电池的最大电压。设计人员应该咨询电池制造商，以确定安全为特定电池充电所需的条件。通常会增加其他功能以提高电池的寿命或充电器的操作。这些功能包括减少过放电电池的充电电流、检测故障电池、电池电压监测和/或燃料测量、输入电流限制、充电完成后关闭充电器、部分放电后自动重新开始充电、充电状态指示以及外部充电器启用/禁用控制。

这些功能可以在充电器本身、ASIC或分立电路中实现，也可以在微控制器内的软件中实现。电路设计人员根据具体的应用和可容忍的成本或复杂程度来决定包括哪些功能以及如何实现它们。

Li+充电器的种类

锂电池充电器有三种类型:开关模式、线性模式和脉冲模式。这些拓扑之间的主要区别在于它们提供的大小和成本与性能权衡。

开关模式充电器往往更大，更复杂，需要一个大的无源输出LC滤波器;额外的电路板空间增加了效率。

线性和脉冲充电器占用很少的电路板空间，需要最少的外部组件。虽然线性充电器可能不需要太多的电路板空间来容纳IC及其外部组件，但它可能需要额外的电路板面积来散热由充电器的通过晶体管产生的热量。脉冲充电器不存在这个问题。然而，它们确实需要一个限流交流适配器，这通常更昂贵。

开关型充电器

图1显示了一个典型的开关模式锂离子充电器电路的原理图。它使用带有双n沟道mosfet的MAX1737 Li+电池充电器控制器将交流适配器电压降至电池电压。该电路的功耗在整个电池电压范围和广泛的交流适配器电压范围内保持在1W以下。这种电路可以很容易地扩展到允许多达四个串联电池在高达4A的电流下充电。

开关模式充电器在输入电压和电池电压变化很大的情况下始终具有低功耗，这是线性充电器的一个明显优势。开关模式充电器也比脉冲充电器有一个优势:它们在大范围的输入电压下表现良好，允许使用比脉冲充电器更小更便宜的交流墙壁适配器。这种类型的充电器的主要缺点是它的尺寸和复杂性。控制器及其外部开关和LC滤波器比其他类型的充电器消耗更多的电路板空间。其他缺点包括由充电器的开关动作引起的电磁干扰和电噪声以及由输出滤波电感引起的噪声。然而，控制器的固定开关频率使电气噪声易于过滤，但在电路布局和元件选择时必须小心，以防止干扰问题。

图1所示的充电器电路包括许多其他特性，可以提高电池寿命和系统运行。例如，充电器电路的控制器允许限制流入电路的电流。当这个电流上升到极限时，控制器自动减少给电池充电的电流，对可以流入电路输入的电流设置一个上限。由于充电器限制了输入电流，所以可以使用更小、通常更便宜的交流墙壁适配器为电路供电。

该充电器包括一个状态机，在充电完成后关闭充电器，并在电池的部分电量耗尽时自动重新开始充电。安全功能包括以减小的电流对过放电的电池进行温和的预充电，以及检测故障电池的能力。此外，充电和状态指示器可以直接驱动led或与微控制器通信。

线性充电器

将充电器的尺寸和复杂性最小化的一种方法是使用线性充电器。线性充电器使用通道晶体管(通常是MOSFET，但有时是双极晶体管)将交流适配器电压降至电池电压。外部元件的数量要少得多:线性充电器需要输入和输出旁路电容器，有时还需要一个外部通管和电阻来设置电压和电流限制。

线性充电器的主要缺点是耗散功率。充电器只是将交流适配器的电压降至电池电压。通道元件的功耗等于适配器电压减去电池电压乘以充电电流。在1A充电器、交流适配器电压5V±10%稳压、电池电压4.2V ~ 2.5V的情况下，功耗范围为0.3W ~ 3.0W。

图2显示了一个典型的线性锂离子充电器。该电路使用MAX1898和外部p沟道MOSFET将交流适配器电压降至电池电压。这种类型的充电器比开关模式类型简单得多，主要是因为不需要无源LC滤波器。电池电压最小时耗电量最大，因为此时固定输入电压与电池电压之差最大。MAX1898包括一个功能(称为资格预审状态)，可以降低任何电池电压低于2.5V的充电电流。因此，当电池刚好高于标称2.5V预认证阈值且输入电压处于最大值时，最坏情况下的功耗发生。5V±10%输入时，最大输入电压为5.5V。考虑到容差，MAX1898的最小预审电压为2.375V。因此，通型晶体管的最坏情况功耗为每安培充电电流3.125W。对于高充电电流(约1A)，高功耗可能会导致小型手机或PDA变得过热，从而降低其性能。不幸的是，减少充电电流以消除功耗问题会增加充电时间。根据应用的不同，在额外的热量和额外的充电时间之间进行选择可能很困难。

即使考虑到与线性充电相关的功耗问题，它可能仍然是无线设备的最佳选择。因为没有开关动作，也不需要电感，线性充电器比其他类型的充电器具有更低的传导和额定辐射。这种降低的噪声可能使线性充电器成为对噪声敏感的无线设备的适当解决方案。

MAX1898包括:一个可以直接驱动LED或微控制器的充电指示灯，一个电池欠压电路，减少过放电电池的充电电流，一个计时器，充电完成后关闭充电器，一个可调的重启阈值，当电池放电时自动恢复充电。当充电器调节电压时，ISET引脚既设置充电电流，又指示其水平。ISET引脚处的电压可以由ADC或比较器监测，以确定电池充电电流何时降至足够低的水平;该电平或车载计时器都可用于终止充电。控制器还包括一个指示充电状态的输出引脚(/CHG\)和一个组合输入输出引脚(EN/OK)，这两个引脚都指示输入电压的存在并启用充电器。

脉冲充电器

第三种类型的锂离子充电器，脉冲充电器，共享开关模式和线性充电器的一些优点。与开关模式充电器一样，脉冲充电器工作效率很高。当充电电池的电压较低时，它的通管保持打开状态，并将输入源电流直接传导给电池。当电池电压达到电池调节电压时，充电器脉冲输入电流以达到所需的充电电流，从而将电池电压调节到所需的电压极限。因为在充电周期的这一部分，晶体管不在其线性区域内工作，而是像开关一样工作，耗散的功率远低于线性充电器。由于脉冲充电器不需要输出LC滤波器，所以它比开关模式充电器小。

图3显示了MAX1736 Li+脉冲充电器。它在简单性和少量外部组件方面与线性充电器相媲美。由于其功耗较低，因此无需像线性充电器那样考虑充电时间和功耗之间的权衡。

然而，脉冲充电器并非没有特殊要求。首先，为充电器供电的输入电压源必须是电流有限的。目前的限制需要合理准确;具有这种精度水平的壁立方并不像那些没有精确电流限制的壁立方那样普遍可用。它们也更贵。然而，在某些情况下，交流适配器的限流规定足够精确，以确保其供电设备的故障不会造成安全隐患。如果由于这个或其他原因需要精确的输入电流限制，那么在使用它进行充电时不会产生额外的成本。

当电池电压低于2.5V时，MAX1736自动以低6mA电流为电池充电，防止电池在过放电状态下损坏电池。然而，控制器不会自动终止充电。在大多数情况下，它在充电电流低于某个阈值后终止充电，通常是充电电流限制的10%。为了设置这种电荷终止模式，MAX1736的GATE引脚用于直接驱动微控制器的输入。通过测量GATE引脚电压的占空比，微处理器确定平均电流。对于10%的情况，一旦GATE引脚的占空比降至10%以下，微控制器终止充电。微控制器也可以通过驱动EN引脚来禁用MAX1736。当输入源消失或EN引脚低时，电池的漏极降低到2µA，以防止充电器在充电完成后将电池放电。

结论

开关模式充电器在输入电压和充电电流变化很大的情况下耗电很少，但比其他类型的充电器成本更高，也更复杂。线性充电器比开关模式设备更小，更简单，但在大多数情况下，它们消耗更多的功率。脉冲充电器耗电量明显更少，占用的电路板面积也很少，但需要更昂贵的交流适配器来限制从它们吸取的电流。只有在权衡这些因素中哪一个对特定设计最重要之后，才会出现最佳选择。

本文的类似版本出现在2001年11月的《无线设计与开发》杂志上。