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无线设备中的可编程电池充电技术

导读: 正是用户手指底下无数个看不见的可编程器件使得手持设备变得如此便利和有趣。这些手持设备配备的电池容量足可以满足在一个小孩的注意力集中的时间段或一个工作日的使用,因此只要电池有机会重新充电就可以让人们周而复始地享受它带来的乐趣。

  正是用户手指底下无数个看不见的可编程器件使得手持设备变得如此便利和有趣。这些手持设备配备的电池容量足可以满足在一个小孩的注意力集中的时间段或一个工作日的使用,因此只要电池有机会重新充电就可以让人们周而复始地享受它带来的乐趣。一些更高级设备中的充电器更是具有强大的可编程能力,这些充电器不仅可以缩短充电周期,还能延长电池的使用寿命。

  如今,充电器可编程能力的发展已远远超出了手持设备的上述的这两个基本要求,在监视充电电压和电流的同时,充电器还能随时监测电池温度,精确地控制电池充电速度,从而实现最佳的电池容量恢复和安全性。充电器还在电池的使用过程中连续地监视电池电压,不仅可以在电池电压较低时予以提醒,还能告诉用户在电池必须充电之前还可以使用的剩余时间。

  这种可编程性主要在位于设备内的电池充电器的集成电路中实现,充电器可以与管理设备工作过程的半专用微处理器交流它获得的一些信息,关闭系统中不用的或空闲的部分,从而有效地延长电池使用时间。

  虽然这种智能充电器会给手持设备带来明显的好处,但也不能忽视作为最基本形式的独立充电器,在有意或无意缺少微处理器控制的场合这些独立充电器将是电池维护的主要力量。对这些场合必须引起重视,因为由于某些原因处理器将无法智能地控制充电器,此时充电器必须要有一定的自立能力。比如,电池接近耗尽而使微处理器没有足够的工作电压这种情况就是需要充电器“自立”的情况之一。

  另外一种情况是由于某种非破坏性故障从内部切断了电池组与处理器的联系。此时由外部充电设备直接供电的充电器必须能够在没有微处理器的帮助的情况下,在最短的可能时间内继续安全地按电池化学特性规定的严格充电要求正确地给耗尽或开路的电池充电。

  在根据手持设备使用环境粗略地定义了相对理想的电池充电器后,让我们把注意力转移到外部充电设备。随着工作的进一步深入,电气工程背景逐渐失去作用,因为在规定好电压和电流要求后,我们发现最困难的就是选择封装、电缆长度等任务。

  当然,上述情况是假设充电设备是由交流电源供电或汽车中的充电适配器二次供电的。主要希望充电器设计能够经受得住偶然的过充考验。设计经过了少许的修改后不仅可以实现自我保护,还能防止电池过压。另外一个可用于手持设备充电的设备是计算机上的USB端口。USB端口可以输出高达500mA的恒定电流,仅需一根线缆就可建立USB端口和手持设备的电池之间的充电回路。

  许多计算机上有丰富的USB端口,因此USB端口已经成为充电设备的首选方案,而交流供电的墙体插座则是第二种选择方案。即使电脑只有一个USB端口也没有问题,因为该端口也只是在上载照片和下载MP3等场合用一用。当然,也不能忽视墙体插座的重要性,但与USB端口比起来,墙体插座有许多缺点,至少会发生额外的不必要的费用。最便宜的墙体插座由50Hz的变压器、整流桥和滤波电容组成,整流器输出电压特性相当差,就像交流电压一样。增加线性整流器可以改良整流效果,但会增加功耗。总之,交流供电的低端充电设备虽然便宜,但体积大、效率低。高端交流适配器由于使用开关方式供电,因此体积较小、效率也较高,但成本有较大幅度地提高,并且还具有传导和幅射问题。如果要满足FCC和其它管理机构的要求,还会进一步增加体积和成本。

  由于许多人都拥有个人电脑,工作场所电脑也是无所不在,因此最终的低成本充电解决方案肯定是USB端口。对经常往返两地的人员来说,只需要为车辆增加一根充电线缆和现成的连续充电源。下面将具体介绍电池充电器,以及如何获得最大容量充电器而又不违反USB端口最大的载荷规定。

  具有供电能力的USB端口可以输出5V电压和高达500mA的电流。使用充电电流为常数500mA的线性充电器时,容量为1,000mAh的电池只需2个小时就能充满。使用开关模式充电器可以进一步提高效率、减少无源器件的尺寸。图1是通用的锂离子电池充电曲线。

  

  图1:锂电池的可编程充电曲线

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