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使用正确的 IC 来延长可穿戴设备的电池寿命
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2022-11-28
李平
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从健身和健康追踪器、智能手表到虚拟现实抬头显示器，设计人员不断寻找新的创新方法来降低电流消耗、减少系统活动并尽可能使系统功能保持在待机或睡眠模式。同时，他们需要通过选择泄漏电流最小的器件或在不需要时使用负载开关断开子系统来降低待机模式下的功耗。从健身和健康追踪器、智能手表到虚拟现实抬头显示器，设计人员不断寻找新的创新方法来降低电流消耗、减少系统活动并尽可能使系统功能保持在待机或睡眠模式。同时，他们需要通过选择泄漏电流最小的器件或在不需要时使用负载开关断开子系统来降低待机模式下的功耗。选择合适的电池充电管理系统在此过程中起着核心作用。最新一代电池充电 IC 通过集成关键电池充电功能、支持使用各种尺寸和容量的电池、提供极低的静态电流和添加电源管理功能，帮助设计人员实现节电目标并最大限度地延长电池寿命这有助于将轻负载效率扩展到更低的电流水平。选择合适的电池充电管理系统在此过程中起着核心作用。最新一代电池充电 IC 通过集成关键电池充电功能、支持使用各种尺寸和容量的电池、提供极低的静态电流和添加电源管理功能，帮助设计人员实现节电目标并最大限度地延长电池寿命这有助于将轻负载效率扩展到更低的电流水平。复杂的充电周期复杂的充电周期虽然锂离子电池与其他化学电池相比具有巨大的优势，包括更高的功率密度和更低的自放电率，但它们也有自己独特的缺点。锂离子电池对过度充电非常敏感。超过一定速率的电压会对材料造成压力并缩短电池寿命。这种限制不仅需要更复杂的充电周期；如果电池的充电电压超过每节 4.2 V，也会带来安全风险。虽然锂离子电池与其他化学电池相比具有巨大的优势，包括更高的功率密度和更低的自放电率，但它们也有自己独特的缺点。锂离子电池对过度充电非常敏感。超过一定速率的电压会对材料造成压力并缩短电池寿命。这种限制不仅需要更复杂的充电周期；如果电池的充电电压超过每节 4.2 V，也会带来安全风险。用于为锂离子电池充电的理想恒流恒压 (CCCV) 充电曲线会向电池提供固定或恒定电流，直到电压达到 4.2 V（图 1）。在此阶段，电池电压以接近线性的方式增加。当电压达到 4.2 V 时，系统切换到恒压模式。在此阶段，随着电流缓慢下降，电池电压决不允许超过 4.2 V。当电池在没有施加电流的情况下达到 4.2 V 时，就被认为充满电。用于为锂离子电池充电的理想恒流恒压 (CCCV) 充电曲线会向电池提供固定或恒定电流，直到电压达到 4.2 V（图 1）。在此阶段，电池电压以接近线性的方式增加。当电压达到 4.2 V 时，系统切换到恒压模式。在此阶段，随着电流缓慢下降，电池电压决不允许超过 4.2 V。当电池在没有施加电流的情况下达到 4.2 V 时，就被认为充满电。图 1：在实践中，供应商会调整预调节阶段并为 CCCV 充电周期添加热调节步骤和时间限制以保护电池。（图片来源：batteryuniversity.com）图 1：在实践中，供应商会调整预调节阶段并为 CCCV 充电周期添加热调节步骤和时间限制以保护电池。（图片来源：batteryuniversity.com）实际上，大多数充电器都会对理想的充电曲线进行一些修改，以保护电池免受潜在故障条件的影响。例如，为避免因对短路或损坏的电池充电而造成损坏，充电器通过施加少量测试充电而不是以完全快速充电速率运行来开始充电过程。这允许充电器唤醒电池并确定电池的内部安全开关是否已触发。通常，该预充电电流是正常快速充电电流的一小部分（大约 10%）。实际上，大多数充电器都会对理想的充电曲线进行一些修改，以保护电池免受潜在故障条件的影响。例如，为避免因对短路或损坏的电池充电而造成损坏，充电器通过施加少量测试充电而不是以完全快速充电速率运行来开始充电过程。这允许充电器唤醒电池并确定电池的内部安全开关是否已触发。通常，该预充电电流是正常快速充电电流的一小部分（大约 10%）。一旦电池电压超过 3.0 V，就可以认为以最大快速充电速率充电是安全的。一旦电池可以以预定义的低电流保持 4.2 V，充电过程通常就会结束。但是，充电器不允许电流无限减少。取而代之的是，充电在预定义的电流水平下终止，电池电压下降到略低于完全充电水平，大约 4.16 V 至 4.17 V。一旦电池电压超过 3.0 V，就可以认为以最大快速充电速率充电是安全的。
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