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(cè)及保護(hù)功能的充電芯片，以降低過(guò)電流、過(guò)電壓或過(guò)溫等狀況所造成的危險(xiǎn)。
一般來(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)開(kāi)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(kāi)始下降，如此可避免對(duì)電池過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(kāi)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(jiǎn)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(kāi)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(kāi)始充電后，若充電時(shí)間超過(guò)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(guò)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。
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(kāi)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(kāi)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(zhǎng)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(guò)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(kāi)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(yǔ)
開(kāi)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。