充电时间

关键词： 保持良好 飞机 充电 学习

充电时间（精选三篇）

充电时间 篇1

北京2015年5月15日电/美通社/--近日, 德州仪器 (TI) 推出了业内首款采用专有Max Charge技术的全集成5A单节锂离子 (Li-ion) 电池充电器电路。与现有电池充电器相比, 这款器件将充电时间减少了一半以上, 最高可将充电时间减少60%, 这让用户可以实现快速充电的同时又不会受到发热过量的困扰。bq25892开关模式充电器在最大限度地保持行业最快速充电时间所具有的优势的同时, 为用户提供更加安全的充电体验。为了提升用户体验, 并延长众多锂离子应用中电子元器件的使用寿命, Max Charge技术缩短了充电时间并减少了充电时产生的热量, 这些应用包括智能手机、平板电脑、无人机、移动电源以及工业和医疗设备。

通过将窄幅电压DC/DC电源路径管理与TI此次推出的Max Charge技术组合在一起, 在电流达到3.5A时, 温度最少仅上升18摄氏度, 可轻松实现快速、低发热量充电, 并在充电电流高达5A的时支持高达14V的输入电压。

特点和优势:

●通过支持高输入电压实现最快速的充电:业内首款支持5A充电电流和高达14V输入电压的单节锂离子电池充电器。

●最高效率:在输入电压 (Vin) 为9V, 电流为3.5A时的充电效率高达91%, 温度仅上升18摄氏度。

●更安全充电:设计人员通过控制IC温度并使用热调节环路优化热性能来减少过多散热。

●高电池补充电流:充电器能够为即时系统功率突发提供峰值9A的放电电流。

●简单设计集成:与TI的bq24192系列产品引脚到引脚兼容。

这款快速充电器设计用于在具有TI电池电量计的单节便携式设备中工作。例如, 将TI Max Charge技术设备与TI Max LifeTM电池电量计技术进行配对, 以确保便携式电子产品中更长的电池使用寿命和更加安全的充电。

工具和支持

充电时间 篇2

我的经验是，首先你要有热爱学习的心，没有这个前提条件，其他都是扯淡。

其次你要有良好的视力，可以持续在摇晃的车厢、喧闹的飞机上阅读，而不感觉疲劳。我在这方面一直表现良好，有几次去美国的长途飞机上，我可以保持6-8小时的高强度阅读。平时视力也是中上，从没有头昏眼花。

再次你要有好的设备，我们可以输在技术，但决不能输在装备上。kindle，好的平板电脑是必备，有条件的话，可以购买降噪耳机，买bose的QC系列，虽然很贵，但我觉得是我买的最值得的电子产品之一。

最后你要有好的书，如果你没多久就要下车，那就不适合看太艰涩的书，进入心流状态要时间的。如果你要坐很久，那就绝对不要做碎片阅读，刷个朋友圈看点鸡汤文这些事情，你可以在上厕所的时候看，可以在排队的时候看，可以在发呆的时间看。但请绝对不要把整段时间切成碎片时间。看点真正需要思考，可以提高自己的材料。

用充电IC实现手机快速充电 篇3

由智能手机电池的发展趋势 (图1) 可见, 这两年电池容量有所突变。据德州仪器 (TI) 电池管理产品 (BMS) 大中华区市场和应用部门经理文司华介绍, 电池容量的突变并不在于电池密度是否有显著提高, 而在于手机的屏幕变大了, 所以电池容量、电池空间增大。另外, 电池电压也在不断提高, 原来都是4.2V电池, 现在变成4.35V, 今年有厂家在做4.4V电芯。电压提高的原因是:电芯每增加0.1V, 能让电池续航时间提升5%~8%左右。

2 传统的充电设计观念

现在第五代手机 (尤其是Androiidd手机) 的电池容量能做到3000m Ah, 对整个系统构架带来挑战, 用原来的适配器去充电已经落伍了, 以前的适配器, USB 2.0是5V输出, 0.5A电流, 合计2.5W, 现在对智能机有点慢。很多标配的适配器是5V/1A, 包括苹果i Phone 5以前也是如此, 这已算不错, 但也只有5W。对于Androiidd手机, 三星以前的Galaxy S4 26000m A h应该是不够的, S 4充电电流是1.5A以上, 适配器从5W一直在往上升, 真正的BC 1.2 (Battery Charging1.2) 协议, 包括国标在内的标准适配器是5V/1.5A, 就是7.5W。但这对3 0 0 0 m A h的电芯还是不够的。因为电池充电速度其实和电池大小没关系。例如, 当智能手环上的电池只有200m Ah, 是不是用一个输出电流更大的适配器就能让它充得更快?其实不然, 因为电池充电是要符合电芯厂规定的最大许可C倍率的。200m Ah产品, 1C等于200m A, 只要把容量拿出来, m Ah的小时 (h) 拿掉, 就是1C。通常比较安全的充电速率都是0.5C, 但其实0.7C也是很安全的, 而且大部分手机可以做到0.7C。所以, 不管电池多大都用0.7C充电, 其实充电时间是一样的, 很大的电芯用0.7C充电, 3个多小时也能充满, 很小的电池也必须用3小时充满, 不能提高得更快。以上是以前的观点。

3快速充电的两种途径

现在问题来了, 如果用3000m Ah的电池, 要用0.7 C充的话, 要用0.7×3000=2.1A。但2.1A已经突破适配器的电流, 因为常规的适配器是5V/1.5A, 2.1A已经突破极限了。所以3000m Ah的Android手机的充电时间就会变慢, 这是由于快充时, 一方面现在的适配器都不能够支持正常的大电量充电, 因此充电速率变慢了;另一方面怎样把3个小时再缩短?例如, 希望用10分钟把20%的电量充到80%?需要把常规的3.5小时以上缩短到1小时或1.5小时, 这是真正的提速和快充。

解决方案的一个关键是提高电流。由于传统的USB输出功率受限, 输出电压只有5V, 所以出现一个瓶颈, 充电线的粗细程度有一定的规范, 普遍不能支持2A的电流, 原因在于线的阻抗是固定的, 电流再大, 根据P=I2R, 线阻的功率损耗较大, 尤其转接头上也有一定的接触电阻, 因此有些厂家的方案是配备特殊的线缆, 有更小的阻抗。所以, 电流增大是个途径, 但是必须付出一些代价。例如, 去年OPPO推出的闪充, 其线材、适配器都是特殊的, 这是一种方法。

另一个方法是通过升压的方式, 这是目前关注度最高的。而且今年很多量产的手机新品会带有快充, 从1C到1.5C不等, 国产厂商也一定会有这种方案。以下详细介绍这种升压方案。

升压方案可以把适配器的5V电压提升。之前市场已经有类似的方案, 只不过今天我们是从手机内部的Charger (充电) IC角度来看, 当适配器能升到7V、9V、12V时, Charger I C怎样应付这种情况。例如, T I的Max Charge bq2589x是第一款高压输入 (最大正常工作电压14V) 大电流 (5A) 充电芯片, 它的一个优势是能提升功率而不增加损耗, 因为P=UI, 在提升电压的同时, 功率随之提高, 但由于电流没有改变, 仍然在2A以下, 线缆可以不用换, 适配器接口也不用换。

4 手机主板上的快充IC

USB线缆连接到手机上遇到的第一颗芯片叫Charger IC, 是放在手机主板上的 (图2) 。

TI的Max Charge可以独立识别并兼容普通5V以及更高电压输出的专有适配器。独立识别的意思是, 实际上识别高压适配器有很多种方式, 比如你可以通过AP (应用处理器, 即主芯片) 。独立的意思, Charger IC作为主板门户IC能够不需要任何其他芯片的介入, 自己就能够识别是5V适配器还是更高电压的适配器。原因是支持D+/D-信号以及VBUS电流脉冲两种适配器的握手信号。

因此, Max Charge芯片的好处, 首先是能够通过支持高输入电压支持快速的充电体验。我们可以把充电IC想象成黑盒子, 输入端的功率和输出端功率中间有9%~10%效率损耗, 输入端如果电压提升的话, 整个输入端功率也会相应提升, 输出端是单节锂电池 (现在手机、平板大都是单节锂电池, 3.7V左右) 的电压是固定的, 3V~4.2V~4.3V, 平台电压一般是3.7V, 如果计算, 例如输入端功率是7.5W, 5V/1A的适配器, 假如100%的效率, 输出端的电流约是2A。因为输出的电池电压是3.7V、3.8V平台电压, 所以:7.5/3.7≈2A。

假如今天是9V/1.5A, 即已经升压了, 9×1.5=13.5W, 输出端如果效率可以达100%, 那么输入端电流能够提升。由此可见, 在输入电压提升时能够实现快速充电。TI Max Charge是业界第一款能够同时实现支持5A充电电流和14V输入电压的芯片。

需要说明的是, 输入是从外部的适配器过来的, 一般是5V。有些适配器可以有高压输出, 但通常默认是5V输出, 但通过握手协议之后, 就会变成高压。当主板 (包括AP和Charger IC) 使能以后, 允许输出高压它就可以输出高压了, 所以这个高压是适配器给出来的。

为何平台电压会有3.7V~3.0V变化?可以把电池想象成一瓶水 (如图2最右侧) , 电流相当于水管的粗细程度, 变粗就更快了。水杯的高度是电压, 只不过水杯是中间粗、两边细的不规则形状, 因此开始充得很快, 但中间区域内呆的时间很长, 很大的就是3.7V的平台电压。这时候电流如果变得大, 注入时间就很快。所以此时快充的突破点是:为了快充, 提高了电流。

TI的方案是经Max Charge转换后电流变大。Max Charge能支持5A充电电流, 14V输入电压。5A是最大的标称值, 通常使用时会考虑到各种情况, 比如散热和电池容量, 所以3A~5A就可以做到这样一种平均的输入电流。

5 快充的效率

充电IC普遍效率是88%、89%, TI Max Charge bq2589x系列可在3.5A提升到91%, 这等于有2个百分点的提升。由于效率的提升, 在TI的实测中, 温度上升得很低, 室温下, 测试板上温度仅仅上升18℃, 以前要上升30多℃。

温升直接决定了用户体验。因为现在手机的适配器、主芯片、电池充电的温升/散热是很重要的技术瓶颈。所以很多设计体验, 由于散热不佳不得不采取折中办法。

6 放电

今天的Charger IC设计, 所有的M OS管都集成在里面, 采用串联电路, 这样充电时要经过MOS管, 但放电的时候会受到限制, 放电时要通过一个MOS管 (Q4) 。

图3是charger IC的主流架构图, 左侧是适配器的输入端, 通过电感电流流进入, 最后进入右侧大IC里再充电。现在用手机打电话时, 放电过程一定要通过Q4元件, TI Max Charge bq2589x的特色是, 放电电流可以支持得很大, 因为Q4的MOS管的阻抗值只有11mΩ (表1) , 堪称业界最低的阻抗。打电话进来, 主要是功放工作, 因为你要搜寻GSM信号时要把功率调得很大, 接收塔才能接收到。因此电路这边需要很大的瞬态电流 (尖峰电流) 。Max Charge的Q4阻抗很小;如果是其他的设计方案, 由于内置Q4 MOS管的阻抗不够小, 它里面还要再加元件, 增加了成本。

具体来看, 图3的电线是有阻抗的, 其实IC里也有电阻, 这些电阻会增加损耗。如果不计成本, 这些阻抗越小越好 (注:MOS管阻抗越小IC成本越高) 。TI能在相应成本之下把阻抗降到市场最低, 这是Max Charge最大的亮点。以前5V时, 电池充电到3.7V~4V, 5V、4V和3.7V差异很小, 一个5V到右侧3.7V实际差异不大, 因此Q3导通的时间很短, 这是切换电路:Q2-Q3, Q3-Q2两个交替切换, 实现能量高效率转移。以前5V时, Q2的导通时间是最长的, 所以Q2的阻抗要越低越好。

9V到14V差距很大, 这要求Q2的导通时间要缩短, Q3的导通时间要加长, 到了Max Charge bq2589x, TI第一次把Q3阻抗降得比Q2还要低。Q3阻抗直接降到16mΩ (如表1) 。这也是Max Charge区别于竞争对手的很大差别, 即Q3的阻抗直接让Max Charge的效率有显著提高。

图4是Q2和Q3的损耗, 它的切换频率是1.5V, 属高频切换, 这样的波形一直切换下去进行充电, 它的占空比可以从此图看出来。

那么, Q 3的1 6 mΩ是怎么实现的?如果看芯片的设计, 芯片是在Si O2基板上面做的很多流程。一般M O S管在芯片里占的面积是最大的, 众所周知, 面积越大电阻越小, 电流是垂直穿过去的。要想实现16mΩ, 必须要加大MOS管的面积, 这样成本也会相应增加。关键在于Max Charge bq2589x突破了很多设计限制, 进行了优化 (比如把数字部分缩小一点) , 使之与之前的芯片 (bq2419x) 管脚兼容。

在散热方面, Max Charge也有一些封装讲究:芯片采用QFN (四方扁平无引线) 封装, 特点是QFN封装下面有Power Pad (焊盘) 。在bq2419x系列之前, 手机上的Charger IC最初是集成在PMU里的, 采用BGA或CSP封装, 等到不得不把Charge分出来的时候, Charger IC也为了节省空间, 都用BGA封装。BGA封装, 即把晶圆上切割下来的die (芯片) 的反面Pad上装上焊球, 即die本身就是封装, 是最省空间的。Max Charge之所以采用QFN封装, 主要考虑散热, 由于QFN封装下面有Power pad, 因此封装比BGA大一些, 需要焊接在整个电路板上, 热是分散的, 不是浓缩在一点的。当然, 如果电池小的话, 也没有必要用大封装快充, 也就不需要QFN。

7 快充对电池的寿命影响

两年前TI推出了Max Life, 是为了在快速充电情况下兼顾电池的充电寿命。对于任何一个电芯来说, 只要用大电流之后一定会让寿命减少。比如电芯本来有500个循环, 用大电流之后, 它就只有450个循环。今天的电池技术已经能做到相当多的循环次数, 就算用1.5C充电, 也能做几百个Cycle (循环) 以上。

Ma x Life实质上是电量计, 利用Max Life技术实时监控电芯老化特性, 具体地, 是用电量计控制Charge, Charge初始情况下设置1.5C, 但发现电池老化很快的时候可能会把1.5C降下来。

但有些场合不需要Max Life。例如大平板, 平板4000、5000m Ah的都有, 即要用大电流, 就算已经到了3A还不会损坏电池的寿命, 还小于0.7C, 这样的用户没必要用Max Life技术。

8 快充适配器

目前的快充是统一的接口, 能否快充取决于所用的适配器技术。市场上通用适配技术做不了快充, 因为功率限制。适配器必须有升压功能才行, 即适配器必须有握手的条件。

9 无线充电可以快充吗?

无线充电能够做到快充, 只不过是个系统设计问题。

无线充电的快充, 首先一定是高压快充 (一定不会是5V的) , 因为无线充电的效率要求更加严苛。因无线充电损耗要比有线充电大一些, 因此整个线圈损耗要降低, 输出要想降低, 无线输出电压一点要高过5V才能做到更高效的充电。TI去年年末推出了10W的无线充电——今天最好的适配器也就10W而已。现在i Pad2、3也就是5V/1A的充电。

1 0 IR补偿

高充电电流将在充电路径寄生电阻和内部电池阻抗上引起电压降。较高的阻抗将导致充电过早地进入了恒定电压模式, 从而使得充电时间延长。IR补偿把充电器端子电压增至高于电池调节电压 (高出的幅度为I x R压降) , 以使充电器能够在恒定电流模式中停留足够长的时间, 由此实现快速充电。

具体如图5所示, 整个曲线包含的面积单位是m A×h (时间) , 即电池的容量, 如果电池电压刚开始掉下来时就停止充电, 那么电池容量就很小, 其实还有一小半的容量没有充满。所以, 业界经常谈论的70%、30%的问题, 就是花70%的时间充30%的电量, 原因是进入到了恒压区;花30%的时间充70%的电量指的是在恒流区, 横流区面积很大。最后想真正充满还是需要时间的。除了提升电流之外, 绿色线 (细线) 比红色线充得更快, 这是由于Max Charge使用IR补偿技术, 让电池充电过程更多处于大电流恒流区, 缩短它的充电时间, 所以恒压区就缩短了。仅通过这一项技术, 就能实现17%的时间缩短。

究其原因, 理想情况下电流是大电容的, 用恒流的话, 充到4.2V就可以停止了, 因为已经充饱了, 这是电容的充电。电池是电容+电阻的等效电路, 由于电池里内阻的存在, 并且电阻在外部也有, 所以, 充电就不是理想的过程, 可以看到既有恒流区又有恒压区, IR补偿的任务是延长恒压区, 减少恒流区。

1 1 电池部门的人员组成

电池部门也是研发人员聚集的重地。以TI公司为例, 其BMS部门由七八十名电池专家组成, 其中包含化学家和芯片设计人员, 他们拥有锂电池管理、充电创新的经验。 (注:本文主要根据TI公司BMS部的文思华博士的讲演整理, 未经讲演者确认。)

参考文献

[1]王国辉.无线充电技术及其特殊应用前景[J].电子产品世界, 2014 (7) :21

[2]李健.充电技术:停不下“充电”的步伐[J].电子产品世界, 2012 (9) :24

[3]Maniraj S.便携式消费电子产品中的锂电池保护[J].电子产品世界, 2014 (9) :56

[4]Racherla K.电池管理系统的温度测量[J].电子产品世界, 2012 (8) :43