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大容量磷酸鐵鋰電池需要大功率充電器
日期:2013/6/4 10:24:55   作者:凌力爾特公司

患者護(hù)理領(lǐng)域的主要趨勢(shì)之一,是在患者家中越來越多地使用遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)。出現(xiàn)這種趨勢(shì)的原因很明顯,讓患者住在醫(yī)院的費(fèi)用太高了,令人難以承受。因此,很多這類便攜式電子監(jiān)視系統(tǒng)納入了RF收發(fā)器,以便數(shù)據(jù)能直接發(fā)到醫(yī)院中的監(jiān)察系統(tǒng)中,供醫(yī)生研究和分析之用。顯然,這類系統(tǒng)通常由AC電源、電池或同時(shí)由二者供電。為了確保在除醫(yī)院之外的其他地點(diǎn)使用時(shí),系統(tǒng)能連續(xù)工作,這種冗余性是必要的。此外,在便攜式醫(yī)療診斷設(shè)備領(lǐng)域取得了很多新的進(jìn)展,例如醫(yī)生和護(hù)士到處攜帶的設(shè)備,都將電池作為主電源,或?qū)㈦姵刈鳛閭浞蓦娫,以防AC電源中斷。這類系統(tǒng)需要高效率電池充電電路。

除了醫(yī)療應(yīng)用,便攜式工業(yè)銀行終端、堅(jiān)固耐用的平板電腦、庫存控制和條碼掃描設(shè)備等都需要單節(jié)大容量電池,以減小外形尺寸和重量;阡嚥牧系碾姵匾恢笔亲盍餍械倪x擇。然而,要快速、準(zhǔn)確和安全地給這類電池充電,卻不是非微不足道的事情。此外,人們一直在開發(fā)新的、基于鋰的化學(xué)陽極/陰極組合,這類組合也在不斷地推向主流市場(chǎng)。這種趨勢(shì)的一個(gè)例子是,磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電池已在許多應(yīng)用中嶄露頭角,與基于鈷的鋰離子 / 鋰聚合物電池相比,磷酸鐵鋰電池可提供更高的安全性和更長(zhǎng)的電池壽命。而且這種化學(xué)組成的電池還同時(shí)具備基于鈷的鋰離子電池所具備的其他許多優(yōu)勢(shì),包括較低的自放電速率和相對(duì)較輕的重量。相比之下,除了改善安全性 (因?yàn)榫哂锌埂盁崾Э亍蹦芰? 及延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命之外,磷酸鐵鋰電池具備更高的峰值功率額定值,對(duì)環(huán)境影響更小。通常醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用愿意接受磷酸鐵鋰電池更低的單位體積能量密度,以換取更高的安全性和更長(zhǎng)的周期壽命。備份應(yīng)用需要更長(zhǎng)的周期壽命,且要能以大電流放電。

很多手持式工業(yè)或醫(yī)療設(shè)備的電源架構(gòu)常常與大顯示屏智能手機(jī)的電源架構(gòu)類似。一般情況下,3.7V(最終充電或“浮置”電壓為4.2V)鋰離子電池一直用作主電源,因?yàn)槠鋯挝恢亓磕芰棵芏?(Wh/kg) 和單位體積能量密度 (Wh/m3) 很高。過去,很多大功率設(shè)備使用兩節(jié)7.4V (8.4V浮置電壓) 鋰離子電池,以滿足功率要求,但是由于價(jià)格低廉的5V電源管理IC的上市,越來越多的手持式設(shè)備采用了更低電壓的架構(gòu),這使得可以使用單節(jié)鋰離子電池。典型的便攜式醫(yī)療或工業(yè)設(shè)備具有很多功能和非常大(就便攜式設(shè)備而言)的顯示屏。當(dāng)用3.7V電池供電時(shí),其容量必須以數(shù)千毫瓦小時(shí)計(jì)。為了用幾小時(shí)給這么大容量的電池充電,就需要幾安培的充電電流。

不過,即使需要這么大的充電電流,在沒有大電流交流適配器可用時(shí),用戶依然想用USB端口給他們的大功率設(shè)備充電。為了滿足這種要求,當(dāng)有交流適配器可用時(shí),電池充電器必須能以大電流 (>2A) 充電,但是仍然能高效率地利用USB端口可提供的2.5W至4.5W功率。此外,該IC產(chǎn)品需要保護(hù)敏感的下游低壓組件,使它們免受可能由損壞導(dǎo)致的過壓事件的影響,并高效率地將大電流從USB輸入、交流適配器或電池引導(dǎo)到負(fù)載,以最大限度地減少以熱量形式損失的功率。同時(shí),該IC必須安全地管理電池充電算法,并監(jiān)視關(guān)鍵的系統(tǒng)參數(shù)。

磷酸鐵鋰電池較低的3.6V浮動(dòng)電壓導(dǎo)致無法使用標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子電池充電器。如果充電不當(dāng),就有可能對(duì)這種電池造成無法修復(fù)的損壞。準(zhǔn)確的浮動(dòng)電壓充電將延長(zhǎng)電池的壽命。與基于鈷的鋰離子電池相比,LiFePO4電池的優(yōu)點(diǎn)包括體積能量密度 (每單位體積的容量) 較高,而且不容易過早地出現(xiàn)故障 (倘若新電池過早地“深度循環(huán)”)。

主要設(shè)計(jì)限制總結(jié)如下:
 . 大容量電池需要大的充電電流和高效率
 . 很多便攜式應(yīng)用,包括工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備,都需要USB兼容充電所提供的便利性
 . 磷酸鐵鋰電池有特殊充電要求,即更低的浮置電壓,與鋰離子電池相比有一些令人欣慰的優(yōu)勢(shì)

上面討論的任何滿足這些設(shè)計(jì)限制的IC解決方案都必須是緊湊和單片型的,能應(yīng)對(duì)快速、高效率給單節(jié)大容量電池充電的問題,并與磷酸鐵鋰等新的化學(xué)組成兼容。這樣的設(shè)備會(huì)成為催化劑,能提高采用大容量電池的便攜式工業(yè)和醫(yī)療產(chǎn)品在全球的采用率。

對(duì)于新式便攜式工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備來說,設(shè)計(jì)師的工作極具挑戰(zhàn)性,尤其是涉及功率時(shí)。企業(yè)要求的功能越來越需要更大的功率,結(jié)果就是更大的電池。同時(shí),人們需要便利性,希望可用任何電源給這些電池充電。由于固有的安全性、低浮置電壓、更長(zhǎng)的周期壽命、較低的自放電速率和相對(duì)輕的重量,磷酸鐵鋰電池正在成為主流選擇。但是像任何可再充電電池一樣,磷酸鐵鋰電池必須小心對(duì)待。(凌力爾特公司)

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