智能手機(jī)鋰電池充電管理—一種集成化的解決方案

　　
        手機(jī)的鋰離子電池充電安全性日益受到消費(fèi)者重視，因此智能手機(jī)制造商在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，須掌握鋰離子電池的相關(guān)規(guī)格和特性，并使用具備完善電池檢測及保護(hù)功能的充電芯片，以降低過電流、過電壓或過溫等狀況所造成的危險(xiǎn)。

　　一般來說，鋰離子電池會(huì)有電性安全的范圍限制。由于鋰離子電池的特性，當(dāng)電池電壓在充電時(shí)上升到最高設(shè)定電壓后，要立即停止充電，避免電池因過充電造成電池?fù)p毀而產(chǎn)生危險(xiǎn);電池供電(放電)時(shí)，電池電壓如果降至最低設(shè)定電壓以下便要停止放電，避免因過放電而降低使用壽命。此外，為確保電池使用上的安全，鋰離子電池還必須要加裝短路保護(hù)，以避免發(fā)生危險(xiǎn)。

　　本文以帝奧微電子一款開關(guān)充電芯片DIO5425為例，詳細(xì)探討關(guān)于智能手機(jī)充電管理的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)。DIO5425部署于手機(jī)電源輸入接口：USB/DC Source 之后，通過開關(guān)轉(zhuǎn)換可以將輸入電流同時(shí)用于手機(jī)系統(tǒng)供電和電池充電。DIO5425具有優(yōu)秀的充電管理功能和鋰電池保護(hù)功能，支持USB2.0和USB3.0協(xié)議。DIO5425具有智能電源路徑管理功能。

　　Figure.1 DIO5425參考設(shè)計(jì)電路

　　鋰離子電池充電管理芯片必須具備以下幾點(diǎn)特性：

• 　　可提供固定電流給充電電池

　　當(dāng)電池電壓到達(dá)最大值且不再上升時(shí)，其充電電流便會(huì)開始下降，如此可避免對(duì)電池過度充電，造成電池?fù)p傷;當(dāng)充電電流降至一定程度時(shí)，充電器將停止充電。

• 　　確保電池具備可使用電壓

　　電池在充電完成后，若長時(shí)間放置不使用會(huì)有自然放電的情形出現(xiàn)，為避免電池過度自放電導(dǎo)致電池電壓下降，當(dāng)電池電壓低于所設(shè)定電壓時(shí)，充電器會(huì)重新開始對(duì)電池充電，確保電池在使用時(shí)還能維持一定電壓。

　　四階段充電簡述

　　因鋰離子電池的特性，若鋰離子電池在充電之前已深度放電，此時(shí)充電器會(huì)先以微弱電流對(duì)電池進(jìn)行Pre-Charge充電(各家廠商設(shè)定值不同，本文使用范例的充電IC設(shè)定值約為10%的最大充電電流)，充電時(shí)電池電壓上升。

　　當(dāng)電池電壓上升至約3伏特，充電器改以最大充電電流對(duì)電池進(jìn)行CC Charge，電池電壓持續(xù)上升。

　　當(dāng)電池充電電壓上升至接近鋰離子電池的飽和點(diǎn)電壓約4.2伏特時(shí)，充電器改以CV Charge對(duì)電池進(jìn)行充電，此時(shí)充電電流開始下降，當(dāng)充電電流降至約等于Pre-Charge電流時(shí)，充電器停止對(duì)電池充電，即完成充電。

　　不論是用通用序列匯流排(USB)或AC電源轉(zhuǎn)換器(Adapter)輸入電源對(duì)電池充電，當(dāng)電池開始充電后，若充電時(shí)間超過其設(shè)定時(shí)間，充電器仍然操作于Pre-Charge模式而未進(jìn)入CC Charge模式，或者仍然操作于CC/CV Charge模式而未進(jìn)入充電完成狀態(tài)，則透過IC的充電計(jì)時(shí)保護(hù)功能使充電器停止對(duì)電池充電。

　　以DIO5425為例，詳細(xì)介紹鋰電池充電過程，下圖是鋰電池充電時(shí)序以及詳細(xì)的參數(shù)介紹

　　Figure.2 鋰離子電池充電曲線圖

• 　　Trickle Charge or Pre-Charge

　　此時(shí)的鋰離子電池電壓小于3伏特(V)，當(dāng)充電器開始對(duì)電池充電時(shí)，因鋰離子電池的特性，其內(nèi)部阻抗會(huì)很大，故充電器會(huì)先以一微小電流對(duì)電池進(jìn)行充電，此時(shí)電池電壓持續(xù)上升。

• 　　定電流充電(Constant Current Charge, CC Charge)

　　當(dāng)電池充電電壓上升至約3伏特時(shí)，充電器改以最大充電電流對(duì)電池進(jìn)行定電流充電，此時(shí)電池電壓持續(xù)上升。

• 　　定電壓充電(Constant Voltage Charge, CV Charge)

　　當(dāng)電池充電電壓上升至接近鋰離子電池的飽和點(diǎn)電壓約4.2伏特時(shí)，充電器改以定電壓模式對(duì)電池進(jìn)行充電，此時(shí)充電電流開始下降。

• 　　Charge Full

　　當(dāng)充電電流降至微小電流時(shí)，充電器停止對(duì)電池充電。

　　電池在充電完成后，若長時(shí)間放置不使用會(huì)有自然放電的情形出現(xiàn)，為避免電池過度放電導(dǎo)致電池電壓下降，電源IC在鋰離子電池電壓降至4伏特時(shí)，會(huì)重新開始對(duì)電池進(jìn)行CC Charge模式充電，確保電池在使用時(shí)還能維持一定電壓。

　　結(jié)束語

　　開關(guān)型鋰電池充電管理芯片除了嚴(yán)格的充電管理時(shí)序外，還具有充電狀態(tài)指示、充電時(shí)間控制、NTC指示(熱敏電阻維持電池溫度安全)、自動(dòng)復(fù)充等一系列保證性能和安全保護(hù)的功能，DIO5425皆集成了這些最新的電池管理策略。鑒于篇幅有限，帝奧微電子AE Team會(huì)在下一期繼續(xù)和您探討關(guān)于智能手機(jī)鋰電池充電管理方案。