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利用NTC器件制造快速充電設備

 來源:中電網   
 

  便攜式電子產品增長迅速,從手機和MP3播放器到PDA、個人DVD播放器以及較為傳統的筆記本電腦,人們開始重新審視消費和專業產品設計的諸多方面。

  這種變化在電池技術方面***為明顯。用戶希望電池能夠滿足日益復雜的應用需求,因此需要更大的電流、更長的工作時間。同時,對體積小、重量輕產品的需求也十分強勁,電池在******設備的體積和重量中都占有相當大的比例,因此,制造商非常注意減少其體積和重量。還有一點,就是對快速充電的要求,即減少用戶等待充電的時間,***大程度地發揮移動的優點。

   這些要求促使電池制造商轉向使用鎳氫和鋰離子等新化學材料,以獲得更高的功率密度、更輕的重量和更快的充電速度。這些功能,尤其是快速充電,所付出的代價是增加了復雜性。新型電池需要******控制的充電電路,不僅要確保其******充滿電,而且要盡量延長其使用壽命,并防止過熱條件下可能出現的危險。

   電池組件的******部件發生故障都可能導致非常嚴重的后果,***不僅僅是因無法供電而導致產品本身無法使用。***近,一家公司大舉召回了一批筆記本電腦******電池,估計造成的損失高達4億美元。除了可能造成財務損失之外,電池還會導致人身傷害,甚至引發火災。

   為電池充電(尤其是高能鋰離子電池)設計有效的控制策略,需要有良好的設計以及合適的元件規格和采購政策??梢圆捎靡韵聨追N架構:對于鎳氫電池,充電控制回路可以監測(使用各種******度級別)電池電壓隨時間變化的情況。還可以限定***長充電時間;或者讓系統監測溫度變化。在多數情況下,都需要某種溫度監測方法來提供保護。

   鋰離子電池通常使用CCCV(恒流-恒壓)方案,但這仍需要監測溫度以便允許啟動快速充電,同時還需要一種機制確保在溫度超過安全臨界值時停止充電。

    因此,******這些控制和保護策略都應包含溫度監測機制,并將其作為整個功能體系的固有部分。通常置于充電器或電池內的IC可以提供監測和控制功能。但一定要在電池、充電器或者電池倉(低成本手機通常這樣做)中安裝一個或多個溫度傳感器。

   對設計師來說,此類傳感器的選擇范圍并不大。熱電偶類器件需要相對復雜的補償電路,這會導致一些校準問題。此外,它們會產生幾mV的輸出電壓,需要進行信號調整,并且易受電磁噪聲的  影響。

   有時會用到鎳或鉑正溫度系數 (PTC) 金屬膜(或線繞)電阻器。它們的長期穩定性比熱電偶類器件更好,并且不易受噪聲干擾。但是,由于它們依賴流經自身的電流來監測溫度,并且通常是低阻抗器件,所以耗電量相對較高,而且它們對溫度變化的敏感程度不足以實現可靠的溫度監測。市場上多數的線性PTC半導體器件都有這個缺點。

   目前,在性價比合理的前提下,***有效的解決方案是使用NTC(負溫度系數)熱敏電阻。Vishay提供的NTC類器件是一種簡潔的解決方案,耗電量極少,在很大的溫度范圍內具有非常出色的******性,而且對溫度變化的反應很迅速。從工程師的角度來看,這些多種規格的器件為電氣和結構設計提供了非常高的靈活性。

    NTC器件***基本的設計和規格參數是電阻值(通常是25℃時的值)和公差。但是,******記住的是,熱敏電阻的工作原理與溫度密切相關。因此,工程師要確保其設計的產品能夠在工作溫度達到極限時正常使用。在高溫(低阻抗)環境下,電阻值******足夠高,這樣才能減少接觸電阻和互連電阻之類的系統錯誤。相反,在低溫(高阻抗)環境下,如果通過熱敏電阻的電流不夠大,敏感度則會下降。

   公差通常用℃表示,可以作為器件測量溫度******性的一個衡量標準。在少數情況下,制造商會給出以電阻值表示的公差,即在給定溫度下器件電阻與其預期電阻值的接近程度。對于詳細規格制定者和購買方來說,記住下面一點非常重要,即特定設計的公差要求可以限制在特定溫度下,也可以限制在稍微寬泛的溫度范圍內。在******種情況下,公差本身會隨器件******電阻值的變化而變化。設計人員需要使用為器件指定的負溫度系數計算整個溫度范圍內的電阻公差,從而確保所選的元件滿足系統的測量精度要求。

   在工作溫度范圍內,器件的性能依賴于其本身的材料和結構,并由第三類基本規格,即器件的R-T曲線來描述。Vishay目前按照15種不同標準曲線生產器件。

   在訂購 NTC 類器件時,設計師經常僅指定電阻、公差和標準曲線。但是,在很多情況下其它參量才是確保系統按預期工作的關鍵。***重要的參量之一是b值,表示器件的電阻隨溫度變化的敏感度,同樣重要的是該參量的標定公差。Vishay的器件具有非常出色的b值和公差,能夠帶來更高的******度和更好的總體系統可靠性,而且在器件的整個工作溫度范圍內都具有良好的性能。

   ***后,經常被買方忽略的一點是,NTC 類器件需要緊密地安裝在所要求的溫度測試點上。這意味著元件******能夠經受得住現代制造工藝的物理性應力,尤其是在用于符合 RoHS 規范無鉛工藝中溫度曲線陡變的情況下。憑借在此領域內多年的經驗,Vishay公司的NTC SMD的設計******考慮了******這些與應用相關的參數。

   電池技術仍將不斷發展。但即使是體積更小、壽命更長的新興鋰聚合物技術,也仍需要在控制回路和保護電路中監測溫度。因此,成本低、精度高、體積小并且堅固耐用的NTC 類器件即使不被推崇,也仍是此類應用中至關重要的元件。

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