中心論題：

• 線性充電器對鋰電池充電原理。
• 充電過程功率損耗計算。
• 三種線性充電器介紹。

• 多種特定應用晶體管充分保證單室鋰離子電池充電所需的反向阻斷能力。
• Zetex提供多種反向阻斷肖特基二極管允許較大充電電流。。
• Zetex的應用低飽和電壓雙極PNP晶體管提供反向阻斷保持必要的充電電壓餘量。

如圖1所示

，典型充電周期分為預充
，快速充電(恒流)
，快速充電(恒壓)以及充電終止4個階段。單個鋰離子電池的典型滿充周期為3小時。VLPROT和VHPOT是高低保護電壓發閾值，適用於具備內部保護電路的電池。

使用線性充電器對電池充電
線性充電器設計簡單，體積較小，並且沒有"開關模式轉換器"常有的噪音，這些優點使得線性充電器特別適用於小功率
、低噪音應用。線性充電器使用外部調節元件，以將電池電壓由輸入電源降至電池電壓
，因此功率損耗較大。圖2顯示具備外部調節元件與反向阻斷肖特基二極管的典型線性充電器應用。

調節元件Q1可以是MOSFET或雙極晶體管。MOSFET需要串聯反向阻斷肖特基二極管
，以阻止電流通過體二極管，由電池流向電源。也可以使用兩個MOSFET，一個作為調節元件，另一個作為反向阻斷二極管。但是，作為反向阻斷裝置的肖特基二極管
，其成本較MOSFET低。多數PNP晶體管可為單室鎳鎘與鎳氫電池提供反向阻斷能力
，但此能力並未得到確定或保證。鋰離子電池(包括4.2V單室電池)，一般均需要阻斷二極管與標準雙極晶體管串聯。Zetex提供多種特定應用晶體管，單室鋰離子電池充電所需的反向阻斷能力得到充分保證。

線性電池充電器由於充電電壓的餘量較低(尤其當使用USB總線供電的充電器時)
，因此需要額外肖特基二極管以實現反向阻斷。USB電源電壓可在4.4V至5.25V之間浮動。

恒(heng)流(liu)階(jie)段(duan)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)增(zeng)加(jia)，晶(jing)體(ti)管(guan)集(ji)電(dian)極(ji)發(fa)射(she)極(ji)電(dian)壓(ya)降(jiang)低(di)
，直(zhi)至(zhi)晶(jing)體(ti)管(guan)接(jie)近(jin)飽(bao)和(he)區(qu)且(qie)增(zeng)益(yi)開(kai)始(shi)下(xia)降(jiang)。充(chong)電(dian)控(kong)製(zhi)器(qi)透(tou)過(guo)傳(chuan)感(gan)電(dian)阻(zu)器(qi)檢(jian)測(ce)到(dao)這(zhe)一(yi)情(qing)況(kuang)，並(bing)透(tou)過(guo)增(zeng)加(jia)基(ji)極(ji)驅(qu)動(dong)加(jia)於(yu)補(bu)償(chang)，由(you)此(ci)保(bao)持(chi)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)。因(yin)此(ci)，晶(jing)體(ti)管(guan)飽(bao)和(he)特(te)性(xing)對(dui)於(yu)充(chong)電(dian)周(zhou)期(qi)此(ci)時(shi)輸(shu)送(song)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)，必(bi)須(xu)低(di)於(yu)最(zui)低(di)電(dian)路(lu)電(dian)壓(ya)，同(tong)時(shi)，應(ying)考(kao)慮(lv)電(dian)壓(ya)與(yu)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)、傳感器電壓降以及所使用的任何二極管的正向電壓。應明確指出的是，當輸入電壓較低(如4.4V)，飽和特性更顯重要。

以圖2的電路為例，此電路的USB端口輸入電壓為4.75V(高功率USB端口電壓範圍的下限)，充電電流為500mA。反向阻斷肖特基二極管正向壓降為0.35V。如果晶體管的飽和電壓為0.3V，傳感電阻器的電壓(Vs)則為4.1V。傳感電阻器的電壓可進一步下降，電池的電壓低於4.1V時將不足以充滿鋰離子電池。當電源電壓低至4.4V(如低功率USB端口)，此情況更為嚴重。

Zetex的特定應用晶體管具備極低飽和電壓
，且無需反向阻斷二極管即可對單室鋰離子電池進行線性充電，因此可保持必要的餘量。

圖3顯示典型USB總線供電單室鋰離子線性電池充電器應用，在此應用中，Zetex低飽和ZXTP25020CFF雙極PNP晶體管同時具備反向阻斷能力。
 
IC1驅動能力通常可為5mA至50mA，並可能需要250μA至1mA的靜態電源電流。

功率損耗計算
當電池處於預充電壓閾值(VPRE)，充電階段進入快速充電-恒(heng)流(liu)階(jie)段(duan)，此(ci)時(shi)將(jiang)產(chan)生(sheng)最(zui)大(da)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)。對(dui)於(yu)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)時(shi)出(chu)現(xian)最(zui)高(gao)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)的(de)情(qing)況(kuang)

，其(qi)主(zhu)要(yao)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)區(qu)及(ji)計(ji)算(suan)範(fan)例(li)如(ru)下(xia)所(suo)示(shi)。此(ci)應(ying)用(yong)實(shi)例(li)的(de)電(dian)池(chi)規(gui)格(ge)為(wei)：電池：單室鋰離子500mAh如用於便攜式手持設備(手機

、MP3播放器等)

電池預充閾值VPRE=3V

電池上端電壓閾值VT=4.2V

快速充電額定值1C=500mA

對於圖2中的實例，元件與電源規格為：
最大USB電源電壓VIN MAX=5.25V

IC1輸入電源電流Ilc＿SUPPLY(Max)=1mA

Q1 PNP晶體管=ZXTP25020CFF

基極發射極電壓VBE=0.7V

雙極PNP的hFE增益=275(通常於25℃，500mA的集電極電流)
 
當電池電壓開始增加，功率損耗Pd(CE)減少，總功率損耗也隨之減少。

預充電、快速充電一恒流以及快速充電-恒壓階段開始時
，可采用類似計算方法。當選用PNP晶體管時

，必須采用上述最高功率損耗方案，以滿足功率與溫度處理的要求。電源電壓與電池電壓的差值越大，充電器的效率就越低。

最大允許充電電流取決於PNP裝置的熱處理能力、電路板的熱阻抗以及電源電壓與電池之間的電壓差。功率損耗需與裝置上PCB銅箔麵積的熱阻抗相匹配，以將裝置與彙接處溫度維持於正常工作範圍內。

雙極PNP晶體管選擇

為選擇適合線性充電器應用的雙極元件
，必須考慮以下參數：

•集電極一發射極擊穿電壓。

•工作ICHG/IB條件下的低回動電壓(飽和電壓)。

雙極晶體管的低回動電壓允許電池透過低餘量電源進行充電(即電源與電池電壓之間的低差動電壓)。

•hFE增益。

為允許充電器IC的較低基極驅動
，雙極型元件應具備高hFE增益。

•反向阻斷電壓能力。

PNP晶體管應具備反向阻斷能力，以用於單室鋰離子線性電池充電器。反向阻斷能力使得USB電池充電(或相似電源電壓範圍)可以無視上述的電壓餘量問題，並且，由於不再需要肖特基二極管，即降低了方案成本，也減少了裝置體積。

•雙極元件的功率與熱處理能力及其封裝。

對於便攜式設備，晶體管封裝體積十分重要，但仍要求具備良好的功率與熱處理能力。線性充電器應用分為：

a)USB充電

USB集線器端口可以提供100mA至500mA的電流，電流的大小取決於集線器是USB總線供電型或白供電型。自供電型集線器的每個端口均可提供達至500mA的電流，而總線供電型集線器的每個端口僅可提供100mA的電流。USB適應端口的電壓饋送
，100mA端口為4.4V至5.25V，500mA端口為4.75V至5.25V。

透過USB端口進行充電的線性電池充電器
，必須符合USB電壓與電流規格。

b)透過低電壓DC-DC或AC-DC牆上適配器進行充電
線性電池充電器可由供電能力達至700mA的低電壓AC-DC牆上適配器進行供電。牆上適配器的電壓範圍通常為4.5V至5.5V
，最高可達至7V。當出現高輸入電壓時

，肖特基二極管可用於分擔功率損耗，由此允許較大充電電流。

Zetex提供多種反向阻斷肖特基二極管，如溫度為25℃
，電流為500mA時，典型正向電壓降為0.35V的ZHCS1000。
 
c)使用高電壓充電

對於高達50mA的充電電流以及高達36V的高電壓，線性充電器仍可提供簡單、低成本的解決方案。利用汽車電池對手提裝置充電的外置線性充電器便是此類應用的實例之一。

由於充電電流取決於PNP裝置的功率與熱處理能力，以及電源電壓與電池之間的電壓差，高於50mA的充電電流可由低於36V的電源提供。

對於汽車應用

，需要應對負荷突降的附加保護。

結語
從cong功gong率lv損sun耗hao分fen解jie計ji算suan中zhong可ke看kan出chu，在zai線xian性xing電dian池chi充chong電dian周zhou期qi的de所suo有you階jie段duan中zhong
，充chong電dian器qi電dian路lu的de主zhu要yao損sun耗hao在zai於yu調tiao節jie元yuan件jian的de通tong電dian損sun耗hao。當dang鋰li離li子zi電dian池chi處chu於yu預yu充chong電dian壓ya閾yu值zhi
，且qie恒heng流liu充chong電dian階jie段duan開kai始shi，此ci時shi的de快kuai速su充chong電dian功gong率lv損sun耗hao最zui明ming顯xian
，並bing將jiang達da至zhi極ji限xian。調tiao節jie元yuan件jian需xu要yao考kao慮lv的de關guan鍵jian參can數shu為wei功gong率lv與yu熱re額e定ding值zhi、飽和電壓、反向阻斷能力以及封裝。 Zetex的特定應用低飽和電壓雙極PNP晶體管可提供反向阻斷，同時保持必要的充電電壓餘 量
，適用於單室鋰離子線性充電器應用。