目前有越来越多的掌上型设备采用单颗锂离子电池做为电源,因此带来了简单且经济的充电解决方案需求,其中座充式充电器就是其中的一个选择,同时由于系统设计工程师不需要烦恼在设备中内建充电逻辑线路的问题,使得使得它越来越受欢迎,座充充电器提供了一个完整的独立式锂离子充电解决方案。
在这里我们将介绍采用低成本的线性变压器,设计出不需电感器,同时几乎没有额外耗电的单颗锂离子座充式充电器。
座充式充电器的线性输入电源
(图一)为离线式座充式充电器的方块图,在离线式座充充电器市场中,厂商通常采用独立的AC/DC变压器或者是在座充充电器中内建AC/DC转换线路,其中AC/DC变压器的最经济解决方案就是线性变压器。
(图二)为交流线性变压器的详细电路方块图,这个简单的线性交流变压器并没有任何电压或电流调节线路,但是如果输入电压变动或者是AC线性变压器的输出阻抗可以事先得知的话,那么我们就可以预估它的输出特性,图三为图二中线性变压器的等效电路图,其中Zout为交流线性变压器的输出阻抗。
我们可以设计一个拥有绕圈数比的n变压器
如果Vin=120Vac且Vs=12Vac, n=10。
其中如果Vin的变动为±10%,那么Vs也将会有±10%的变动。
(图二)变压器在Load的输出电压为:
例如,如果我们希望在正常AC输入情况下1mA时Vout1 = 9V且500mA负载时Vout2 = 4.5V,那么AC线性变压器的输出阻抗就成为9Ohm,如公式三。
(图四)为采用如(图二)的设计,输入120VAC 60Hz、输出3.7V@350mA的线性变压器输出电压与电流特性图。
由于输出电压与电流受到限制,因此输出功率也就受限,虽然这个线性交流变压器的线性与负载稳压程度较差,但是却是MAX1879锂离子充电器输入电源的良好选择,(图二)中的热保险丝与正温度系数(PTC, Positive Temperature Coefficient)电阻可以用来满足温度过热保护与安规的要求。
MAX1879锂离子充电器
MAX1879单颗锂离子充电器采用8 pin μMAX包装,搭配上交流线性变压器与一颗PMOS FET,就可以达成单颗锂离子电池的安全与快速充电功能,MAX1879不仅不需电感器,同时也是目前单颗锂离子充电器中耗电极低的解决方案。
MAX1879可以透过三种不同的方式来启动充电功能,分别为电池插入、充电器启动或外部THERM接脚操作,其中CHG\ LED会在on/off有效周期降到1/8时熄灭,并且会在晶片内建的计数器计数完成时停止充电,其中较重要的安全性功能包括持续的电压与温度监控、内建可程式充电时间限制功能,以及一个8mA的预充电流模式以用来对即将耗尽的电池充电,而输入电源移除的自动侦测会将元件关闭,以便将通过电池的耗电流降到最低,同时达0.75%的整体系统精确度也可以确保电池的容量能够完全被使用而不会因一再充电而逐渐老化。
《图六 采用MAX1879充电线路,3.7V@350mA交流变压器的输出波型以及充电电流》 |
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总结
MAX1879搭配上拥有电流限制功能的线性变压器可以带给我们单颗锂离子离线座充充电器相当经济且有效(在PMOS FET上几乎没有耗损)的解决方案,同时MAX1879锂离子充电器也可以简单地设计在掌上型设备或电池包装内,搭配上第二段中所提到的低成本线性变压器使用时并不会造成额外的耗电或散热问题。