随着各种蓄电池的广泛使用，快速充电技术已经引起人们的广泛重视。传统的充电方法充电时间过长，且由于充电过程过于简单而会使蓄电池寿命缩短，因此已经面临淘汰。相应的，一些新的快速充电方法开始涌现，并已应用于生产实践中。本文中从快速充电原理、电路特点、相关解决方案及参考设计进行全面解析与分享。

快速充电原理

蓄电池的种类很多，目前应用最广的主要是密封铅酸蓄电池和镍镉电池。这2种蓄电池的充放电原理都是一样的，即都是通过化学反应产生正负离子形成电流。

电池在充放电的过程中会产生氧气，在密封式蓄电池中，这些正极产生的氧气可以通过隔膜和气室被负极吸收，整个化学反应形成一个循环的反应形式。就密封式电池而言，它的内压有限，因此负极的吸收速度也是有限的。如果充电电压过高，正极产生氧气的速度过快，负极的吸收速度跟不上氧气的产生速度，长时间之后必然造成电池失水，从而诱发电池的微短路硫酸化等失效现象，损害电池的质量，缩短其使用寿命。同时高速率充电时电池的极化会造成电池内部压力上升，电池温度上升，电池内阻升高，这不仅会缩短电池寿命，而且有可能对电池造成永久性伤害。蓄电池的这一化学反应原理是研究制定快速充电方法的根本。一方面，快速充电要尽量加快电池的化学反应，使充电速度得到最大的提高;另一方面，又要保证负极的吸收能力，使其能够跟得上正极氧气产生的速度，同时要尽可能消除电池的极化现象。

提高蓄电池的化学反应速度有2种方式，一是改进蓄电池的结构以降低其内阻和提高反应离子的扩散速度，二是改进蓄电池的充电方法。

快速充电电路特点

1、输出电压设定好后（例如36V），若被充电瓶极板脱落断开，造成某组电池不通，或出现短路，则电瓶端电压即降低或为零，这时充电器将无输出电流。

2、若被充电瓶电压偏离设定电压，如设定电压为36V，误接24V、12V、6V电瓶等，充电器也无输出电流，若设定为24V误接为36V电瓶，由于充电器输出电压低于电瓶电压，因而也不能向电瓶充电。

3、充电器两输出端若短路时，由于充电器中可控硅SCR的触发电路不能工作，因而可控硅不导通，输出电流为零。

4、若使用时误将电瓶正负极接反，则可控硅触发电路反向截止，无触发信号，可控硅不导通，输出电流为零。

5、采用脉冲充电，有利于延长电瓶寿命。由于低压交流电经全波整流后是脉动直流，只有当其波峰电压大于电瓶电压时，可控硅才会导通，而当脉动直流电压处于波谷区时，可控硅反偏截止，停止向电瓶充电，因而流过电瓶的是脉动直流电。

6、快速充电，充满自停。由于刚开始充电时电瓶两端电压较低，因而充电电流较大。当电瓶即将充足时（36V电瓶端电压可达44V），由于充电电压越来越接近脉动直流输出电压的波峰值，则充电电流也会越来越小，自动变为涓流充电。当电瓶两端电压被充到整流输出的波峰最大值时，充电过程停止。经试验，三节电动车蓄电池36V（12V／12Ah三节串联），用该充电器只需几个小时即可充满。

7、电路简单、易于制作，几乎不用维护及维修。

快速充电技术探讨：

关于快速充电技术的探讨

实现蓄电池快速充电的技术途径

相关快速充电解决方案及参考设计如下文。

TI可编程多化合物快速充电管理参考设计

描述

该参考设计是可编程的单片 IC 解决方案，适用于单化学物或多化学物应用中对镍镉 （NiCd）、镍氢 （NiMH） 或锂离子 （Li-Ion） 电池的快速充电管理。其会选用合适的电池化学物（镍或锂），并使用最佳的充电和终止算法执行操作。该过程消除了不良充电、充电不足或过度充电的情况，并确 保快速充电的精确度和安全终止。

特性

串联电池数：1S 至 25S

最大输入电压：25V

最大充电电流：1A

拓扑结构：开关模式

原理图：

相关器件：

1.BQ2000 具有峰值电压检测终端的多化合物、开关模式充电管理 IC

结构框图：

相关终端应用：

IP 电话：无线

心电图 （ECG）

详细资料：BQ2000 多化合物、开关模式充电管理 IC

2.BQ24170 1.6MHz 同步开关模式锂离子和锂聚合物独立电池充电器

功能框图：

相关终端应用：

平板电脑：多媒体

视频会议：基于 IP 的 HD

详细资料：BQ24170 1.6MHz 同步开关模式锂离子和锂聚合物独立电池充电器

安森美快速充电解决方案详解

随着手机的屏幕越来越大，处理器的性能越来越强并升级多核。为保证续航，手机的电池容量也变大，这样造成充电时间不可避免的变长。如何缩短充电时间已成为手机应用的一大瓶颈。相继出现基于不同厂商的快速充电解决方案，能够短暂的时间内有效提升充电效率。

1. 方案框图

图示 On Semi方案框图

2.方案特点

· 通过频率反走和跳周期模式，减少待机功耗

· 可通过光耦触发低功耗关闭模式

· 无损过功率补偿

· 基于定时器的过功率保护

· 输出短路保护

· 动态自供电的高压启动

· 欠压监测功能

· 有源 X2 电容放电

· 严重故障时闩锁

· 自动恢复或闩锁选择的过流保护

· 空载待机能耗 < 30 mW

· 可调功率过载保护

3.本解决方案主要芯片：

NCP1247是一个新的具有动态自供电功能的固定频率电流模式PWM控制器。

NCP1247应用实例框图

NCP1247内部结构框图

详细资料：NCP1247：固定频率电流模式控制器，用于反激式转换器

NCP4303A / B是一个全功能的控制器和驱动器适合于开关电源电路，实现同步整流。

NCP4303应用实例框图

NCP4303内部结构框图

详细资料：NCP4303：开关电源通用同步整流驱动器

4.On Semi方案照片

基于FAN501的快速充电解决方案详解

随着手机的屏幕越来越大，处理器的性能越来越强并升级多核。为保证续航，手机的电池容量也变大，这样造成充电时间不可避免的变长。如何缩短充电时间已成为手机应用的一大瓶颈。相继出现基于不同厂商的快速充电解决方案，能够短暂的时间内有效提升充电效率。

1.方案框图

Fairchild方案框图

2.方案特点

· 输出短路保护

· 毫瓦节省技术提供超低的待机功耗，很容易满足“能源之星 V5.0”

· 恒压控制时，根据输入电压，有两段固定的 PWM 工作频率 140kHz/85kHz

· 高压启动

· 断续和连续工作模式实现恒流控制，无需次级反馈电路

· 在连续工作模式有较高的功率密度和转换效率

· 调频减少 EMI 噪声

3.本解决方案主要器件：

FAN501− 用于充电器应用的离线 DCM/CCM 反激式 PWM 控制器

此先进的 PWM 控制器 FAN501 简化了要求对输出进行恒流调节的隔离电源的设计。 利用变压器初级端的信息，并通过内部补偿电路进行控制，去除输出电流检测损耗，消除外部 CC 控制电路，从而精确估计输出电流。 具有极低工作电流 （250 µA） 的间歇模式可最大化轻载效率，因此符合世界范围内待机模式效率指导准则。

产品特性

1）WSaver® 技术提供能量之星 5 星级 （30 mW） 的超低待机功耗

2）在非连续导通模式 （DCM） 和连续导通模式 （CCM） 下，无需次级端反馈电路即可实现恒流 （CC） 控制

3）双频率功能根据输入电压改变开关频率 （140 kHz/85 kHz），从而最大化变压器利用率并提高效率

4）在典型的 10 W 到 15 W 紧凑型充电器应用中，CCM 模式运行中具有较高的功率密度和转换效率

5）抖频可降低 EMI 噪声

6）高压启动

7）通过外部电阻调整实现恒流调节，从而精确限制最大输出功率

8）通过斜坡补偿实现峰值电流模式控制，从而避免次谐波振荡

9）通过外部 NTC 电阻实现闩锁模式下的可编程过温保护

10）VS过压保护（闩锁模式下），VS欠压保护（自重启模式下），VDD过压保护（自重启模式下）

11）采用 MLP 4X3 封装

FAN501应用框图

FAN501功能框图

详细资料：FAN501 − 用于充电器应用的离线 DCM/CCM 反激式 PWM 控制器

4.Fairchild方案照片

基于TI控制器的快速充电解决方案详解

随着手机的屏幕越来越大，处理器的性能越来越强并升级多核。为保证续航，手机的电池容量也变大，这样造成充电时间不可避免的变长。如何缩短充电时间已成为手机应用的一大瓶颈。相继出现基于不同厂商的快速充电解决方案，能够短暂的时间内有效提升充电效率。

1.方案框图

TI方案框图

2.方案特点

· 少于 10mW 无负载功耗能力

· 针对恒定电压 （CV） 的光耦合反馈，和针对恒定电流 （CC） 的初级侧调节 （PSR）

· 在线路和负载上实现 ±1% 电压调节和 ±5% 电流调节

· 700V 启动开关

· 100kHz 最大开关频率可实现高功率密度充电器设计

· 针对最高总体效率的谐振环谷值开关运行

· 简化电磁干扰 （EMI） 兼容性的频率抖动

· 针对金属氧化物半导体场效应晶体管 （MOSFET） 的已钳制栅极驱动输出

· 过压、低线路和过流保护功能

3.本解决方案主要器件

UCC28740具有光电耦合器反馈的恒压、恒流反激控制器

UCC28740 隔离式反激电源控制器使用一个光耦合器件来提供恒定电压 （CV），从而改进对较大负载阶跃的瞬态响应。 通过初级侧调节 （PSR） 技术实现恒定电流 （CC） 调节。 这个器件处理来自光耦合反馈和辅助反激式绕组的信息，来实现输出电压和电流的精准高性能控制。

UCC28740应用框图

详细资料：UCC28740 恒压、恒流反激控制器

UCC24610二次侧同步整流器控制器

UCC24610应用框图

详细资料：UCC24610 二次侧同步整流器控制器

4.TI方案照片