引言
随着电子产品的功能越来越丰富,以及人机交互方式越来越精细和多样化,对各类移动式电子设备的续航能力需求,不断提升。从另一个角度,时间对每个人来说都尤为宝贵,对移动式电子设备的充电时间,本着节省时间的用意,希望能快速的完成充电,如今的快充技术(即快速充电,亦称为闪充等)不断上升到一个又一个新的高度。
市场需求
快充的应用领域非常广泛,从智能手机,电动牙刷,TWS蓝牙耳机,对讲机,车充,到电动车,EV等等,都不断的升级充电技术,甚至有非常多的电子设备,原先并没有应用上快充技术的,也在逐渐的支持快充功能,正是因为快充能明显提升用户体验。
快充原理
可充性锂电池的充电过程分为几个主要阶段:第一个阶段是pre-charge,预充阶段,即当电池电压较低时,需要用较小的电流进行充电,对电池的预充是对电池的保护。第二个阶段是Constant current charge,恒流充电阶段,电池在预充状态经过一定时间后,电池电压逐渐上升,到达一定值(通用的单节锂电池为2.8-2.9V),充电进入恒流充电阶段,即大电流充电,而快充能多快,就是这个恒流充电阶段的充电电流有多大(设定的电流不可超过电池可承受的极限值)。第三个阶段是Constant voltage charger,恒压充电阶段,电池就像一个水桶,当水桶快要灌满的时候,灌水装置需要慢慢降低灌水量,以保证水桶最终的蓄水量足够满,如果灌水量依旧很大,水桶不仅无法灌满,而且水容易溅出,即对电池的安全使用不利。
快充电路
如快充原理所述,实现快充需要充电芯片能提供足够大的恒流模式的充电电流。但光能支持足够大的充电电流,那是不够的,需要整体电路的效率足够高,举个例子,比如榨汁机,一个橙子放进榨汁机,榨出来可饮用的橙汁是有限的。快充电路的整体效率,就是输入给你提供多大的功率,需要将尽可能多的有效功率传给电池,而那些无效的功率则转化为热能,散热散掉了。
如下图,给出了两种较为常用的充电拓扑结构,Boost Charger与Buck Charger,红色的线路是大功率部分,在电路中,从输入到输出,电容充当着滤波的作用,其余有两部分器件,对整体的效率转换,扮演者非常重要的角色,一是充电管理芯片,其内部开关管的等效阻抗,开关时长,即等效容值,死区时间等对效率有直接的影响。二是电感器件,其直流阻抗,电感线径,感抗,磁通密度等对效率有直接的影响。
早期的快充市场基本由欧美芯片供应商主导,如今,越来越多的本土半导体芯片供应商都有非常成熟的快充芯片,甚至有相当多的应用领域,已是国产快充芯片为主导。
电感的发展历史非常悠久,从普通绕线电感,为了降低其磁干扰,发展到了磁屏蔽功率电感,到性价比更高的磁胶屏蔽电感,到更先进的一体成型电感,从效率最大化的角度看,推荐一体成型电感,其等效阻抗更低,饱和电流,温升电流更大,拥有非常好的屏蔽性能。以下列举搭配快充应用的一些主流一体成型电感型号及参数列表:
除了一体成型电感,还有磁胶电感也是充电芯片的常规搭配电感,其拥有体积小,高度薄,成本低等优势,如下为搭配充电芯片主流的一些磁胶电感参数列表:
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