基于RFID的手持机锂电池快速充电电路设计

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       1 引言

  射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID)作为快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和信息标准化的基础,已经被世界公认为本世纪十大重要技术之一,在生产、零售、物流、交通等各个行业有着广阔的应用前景。射频识别技术已逐渐成为企业提高物流供应链管理水平、降低成本、企业管理信息化、参与国际经济大循环、增强竞争能力不可缺少的技术工具和手段。

  基于RFID 技术的物流供应链管理系统的实施, 需要各种RFID 读写设备。手持式RFID 读写设备由于其携带方便、便于使用的特点,在物流应用中占有较大的市场。但是现在市场上大部分手持式RFID 读写设备的功耗较高, 为了延长其工作时间,需要采用大容量的锂电池供电, 如何提供一个锂电池快速充电的一种方法,这是本文需要探讨的一个问题。本文就来设计满足RFID 手持机功耗要求的DC-DC 变换电路, 以及相应的锂电池快速充电电路。

  2 升压电路

  单节锂电池的供电电压为3.7V,RFID 读写设备的工作电压为5V,这样对于RFID 手持机就需要一个升压电路。

  2.1 升压电路的基本原理

  常用Boost 升压电路的原理如文献所示。该电路实现升压的工作过程可以分为两个阶段:充电过程和放电过程。第一个阶段是充电过程:当三极管Q1 导通时,电感充电,等效电路如图1(a)所示。电源对电感充电,二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电,所以电感上的电流首先以一定的比率线性增加, 这个比率与电感大小有关。随着电感电流增加,电感中储存了大量能量。

 

  第二阶段是放电过程:当三极管Q1 截止时,电感放电,等效电路如图2(b)所示。当三极管Q1 由导通变为截止时,由于电感的电流保持特性,流经电感的电流不会在瞬间变为0,而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的通路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两端电压升高,此时电容电压可达到高于输入电压的值。

  2.2 升压电路的设计

  升压电路采用立锜科技的 RT9266B 高效率DC-DC 升压芯片,RT9266B 具有功耗低、静态电流小、转换效率高、外围电路简单等特点。芯片内带有自适应的PWM 控制环、误差放大器、比较器等,通过外接反馈电路,能够将输出电压设置为需要的任何幅值,具有很高的电压精度。电路图如图2 所示。

 

  从图2 可知升压电路通过外接10uH 电感储能, 利用反馈电阻R1 与R2 控制升压电路的输出电压, 利用RT9266B 内部自待的PWM 控制器控制NMOS 管的导通与截止, 来控制升压电路的输出电流。由于该芯片内部具有自适应的PWM 控制器,能够适应较大的负载变化范围。

  用该升压电路将3.7V 2000mAh 聚合物锂电池升压至5V时,输出电压纹波只有40mV,最大输出电流可达500mA。

  3 充电电路

  3.1 锂电池充电电路的基本原理

  锂电池的充电过程可分为三个阶段:预充电、恒流充电和恒压充电。当锂电池的电压低于最小充电电压,则首先进入预充电阶段,以微小电流(通常取标准电流的 10%)给电池充电,直至电池电压达到最小充电电压。此阶段的预充电能够防止锂电池在过放后直接以大电流恒流充电造成的损坏。当电池电压高于最小充电电压时,充电进入恒流充电阶段。通常恒流充电电流取为0.5C(C 为锂电池的容量)。当锂电池的电压达到标准电压时,进入恒压充电状态, 充电电流不断减小, 直至电流减小至100mA,充电完成。

  从图2 可知升压电路通过外接10uH 电感储能, 利用反馈电阻R1 与R2 控制升压电路的输出电压, 利用RT9266B 内部自待的PWM 控制器控制NMOS 管的导通与截止, 来控制升压电路的输出电流。由于该芯片内部具有自适应的PWM 控制器,能够适应较大的负载变化范围。

  用该升压电路将3.7V 2000mAh 聚合物锂电池升压至5V时,输出电压纹波只有40mV,最大输出电流可达500mA。

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