摘  要： 提出了一種應(yīng)用在LTE手機中的充電技術(shù),，克服了傳統(tǒng)手機充電方法的不足。新技術(shù)可以最大限度地延長充電電池的壽命,，保證在規(guī)定時間內(nèi)將電池完全充滿,；可以精確測算出每次實際充入電池的電量，并可據(jù)此判定電池品質(zhì)下降程度及剩余使用期限,。新技術(shù)實現(xiàn)了傳統(tǒng)手機充電方法不能實現(xiàn)的新功能：在手機電池電壓過低情況下,，只要插入外部充電器即可打電話,甚至無需裝載電池。經(jīng)驗證本創(chuàng)新性能可靠,，且易于實現(xiàn),，有推廣應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞： 鋰電池,；移動電話,；涓流充電；恒流充電,；恒壓充電

    LTE手機在獲得國家批準運營后,，經(jīng)過兩年的商用，新增了許多功能,，除了GSM的基本功能外,，還包括視頻通話,、高速數(shù)據(jù)傳輸、手機電視功能[1]等,。其中任何一項功能如需長時間服務(wù),，在沒有電源適配器的情況下，除了要有高性能的電池,，對充電技術(shù)也提出了更高的要求,。
    傳統(tǒng)手機充電實現(xiàn)方法存在缺陷。使用傳統(tǒng)方法對電池充電會縮短充電電池壽命,，且往往不能將電池完全充滿,，從而影響手機待機/通話時間；使用傳統(tǒng)方法給手機電池充電的同時使用手機（如玩游戲,、打電話等）,，充電時間明顯延長；傳統(tǒng)方法不能準確測算每次實際充入電池的電量,，而只能給出估計量,。本文采用一種新的手機充電技術(shù)，克服傳統(tǒng)手機充電方法的不足,。新技術(shù)不僅可以最大限度地延長充電電池的壽命,，還能保證在規(guī)定時間內(nèi)將電池完全充滿；即使邊充電邊使用手機,，也不會延長充電時間,；可以精確測算出每次實際充入電池的電量，并可據(jù)此判定電池品質(zhì)下降程度及剩余使用期限,。另外,，新方法還實現(xiàn)了傳統(tǒng)手機充電方法不能實現(xiàn)的新功能，例如在手機電池電壓過低的情況下,，只要插入外部充電器即可打電話（無需等待手機電池充至一定電壓）,甚至手機無需裝載電池,只要插入外部充電器就可打電話,。
1 傳統(tǒng)手機充電技術(shù)缺陷分析
    完整的手機充電電路包括兩部分[2]，一部分集成在手機主板內(nèi)部,，另一部分包含在手機配帶的外部充電器上,。當對手機里的電池充電時，外部充電器所提供的功能相對比較簡單,，即向手機內(nèi)部充電電路提供充電電流,，而手機內(nèi)部充電硬件電路及相應(yīng)軟件才真正實現(xiàn)了電池充電的復(fù)雜過程。
    傳統(tǒng)手機充電電路原理如圖1所示,。

    傳統(tǒng)手機充電方法存在很多缺點,，給用戶帶來諸多不便，總結(jié)如下：
    (1)縮短充電電池壽命,。主要表現(xiàn)在以下兩方面：
    ①充電電池的使用壽命是由電池最少充電周期數(shù)決定的,，一個充電周期意味著電池的所有電量由滿用到空,，再由空充到滿的過程。在使用傳統(tǒng)方法對手機內(nèi)電池充電時,，電池同時給系統(tǒng)工作提供電源,，因而電池往往處于一會兒充電一會兒放電的波動狀態(tài)。由于這種時充時放的過程占用電池的充電周期數(shù),，所以用戶真正能使用的總充電周期數(shù)變少了,，也即電池壽命縮短。
    ②鋰電池在使用一段時間后,，其電容量將有所下降,，當電容量下降一定幅度后，使用傳統(tǒng)方法將無法給此電池充電,，具體過程如下：
    當此鋰電池用完電(電壓低于開機電壓)后,，插入充電器，首先啟動涓流充電（常為幾十毫安）,，當電池電壓剛充至開機電壓時系統(tǒng)立即開機,，但這時由于系統(tǒng)工作所耗電流遠大于充電電路提供的涓流[3]充電電流，其差額部分電流由電池提供,，由于電容量下降，此鋰電池已不能在開機電壓處提供足夠電流,，所以電池電壓立即降至關(guān)機電壓,，系統(tǒng)關(guān)機。然后充電電路繼續(xù)給此鋰電池涓流充電,，并無限重復(fù)此過程,。最終電池永遠無法充滿，系統(tǒng)也永遠不能開機,。
    由此可見,，雖然此鋰電池使用壽命可能并未結(jié)束，但如果采用傳統(tǒng)手機充電方法,，此鋰電池已不能繼續(xù)使用,，也就是說，鋰電池的使用期提前終止,。
    (2)通常不能將電池完全充滿
    鋰電池充電會經(jīng)歷3個過程：涓流充電,、恒流充電和恒壓充電。給電池電壓低于開機電壓的鋰電池充電時首先進行涓流充電,，為了保護鋰電池,，涓流充電電流一般比較小(常為幾十毫安)。第二個階段為恒流充電,，恒流充電電流很大(常為0.25~1 C5A,，C5A為電池電容量),。當鋰電池電壓接近截止電壓(常為4.2 V)時充電進入第3個階段，即恒壓充電,。恒壓充電電流會逐漸變小,，當其降至0.01 C5A時，認為鋰電池已充滿[4],。根據(jù)前文知,，傳統(tǒng)方法不能準確計算出實際充入鋰電池的電流I3(t)，而用其估計值I3(t)代替,，而實際充電電流估計值I3(t)取決于手機系統(tǒng)工作所耗電流的估計值I2(t),。由于實際工作時手機系統(tǒng)工作所耗電流是瞬變的，因而難以準確確定其估計值I2(t),。
    (3)邊充電邊使用手機時,，充電時間明顯延長
    采用傳統(tǒng)方法充電時,由于手機系統(tǒng)消耗電流I2(t)來源于I1(t)，會減少實際充入電池的電流,，因而手機充電時間會大大延長,。
    (4)不能準確測算實際充入電池的電量
    使用傳統(tǒng)方法充電時，CPU只能準確測得I1(t),，而無法準確得到系統(tǒng)工作消耗電流I2(t),，因而不能準確得到實際充入電池的電流I3(t)，所以傳統(tǒng)方法不可能準確測得每次實際充入電池的電量,，而只能給出其粗略的參考值,。
2 LTE手機充電技術(shù)原理分析
    LTE手機所用充電技術(shù)對傳統(tǒng)充電技術(shù)進行了改進，新技術(shù)設(shè)計思想是：將充電時手機系統(tǒng)消耗電流和充電電流分離,，從而準確控制電池充電過程和最佳保護電池,。
    改進后充電技術(shù)硬件電路原理如圖3所示，其中左側(cè)虛線框以內(nèi)部分為新技術(shù)較傳統(tǒng)技術(shù)增加的電路,，包括D2,、D3、MSF1,、U1和C3,。其中D2、D3是壓降為0.3 V的鍺二極管,，MSF1是P通道增強型且導(dǎo)通電阻很?。ㄍǔＰ∮?0 mΩ）的MOSFET，U1是LDO,，能在5 V輸入條件下輸出4.2 V~4.5 V電源(其輸出電流能力視系統(tǒng)工作消耗電流而定),，C3是容值較大的電容。
    當手機不在充電狀態(tài)時，VCHG為0 V,，MOSFET的柵極被拉至0 V,，所以MOSFET立即導(dǎo)通,由電池為手機系統(tǒng)工作提供電流，此時二極管D3會防止電池輸出的電流通過LDO漏電,。
    當充電器插入手機開始充電時,，VCHG變?yōu)? V，MOSFET的柵極被拉至5 V,，所以MOSFET立即關(guān)閉,，此時由VCHG為手機系統(tǒng)工作提供電流。二極管D2會防止充電器頻繁插拔時導(dǎo)致手機系統(tǒng)瞬間掉電,。
    新技術(shù)軟件流程與傳統(tǒng)技術(shù)軟件流程基本一樣,，只是計算實際充電電流的方法不同。傳統(tǒng)技術(shù)需計算I1(t)-I2(t)(見圖1),，并將其結(jié)果作為實際充電電流,，而新技術(shù)直接將測得的ICHG(t)(見圖3)作為實際充電電流，ICHG(t)由式(4)計算得到：
    
可見新技術(shù)軟件流程較傳統(tǒng)技術(shù)更簡單,、更易實現(xiàn),。

3 LTE手機充電技術(shù)評價
    相比較傳統(tǒng)技術(shù)，新技術(shù)有以下優(yōu)點：
    (1)最大限度延長充電電池的壽命,。新技術(shù)中,，充電過程中手機系統(tǒng)工作耗電由外部充電器提供，而非由電池直接提供,。因而在充電過程中電池總是處于充電態(tài),，不像傳統(tǒng)方法使電池總是處于時充時放態(tài)[5]，所以節(jié)省了充電周期數(shù),，延長了電池壽命。另外,，當電池使用一段時間后電容量有很大幅度下降時,，新技術(shù)仍然能給電池充滿電并保證用戶能夠繼續(xù)使用，因而新技術(shù)能最大限度地延長電池使用壽命,。
    (2)一定能在規(guī)定時間內(nèi)將電池完全充滿,。新技術(shù)中，軟件可以精確測得實際充入電池的電流,，因而可以準確控制充電電路在規(guī)定時間內(nèi)使電池完全充滿,。
    (3)任何條件下充電時間都不會延長。新技術(shù)充電電流不受其他因素影響,，所以即使邊充電邊使用手機,，充電時間也不會延長。
    (4)可精確測算出每次實際充入電池的電量。新技術(shù)可以準確測得實際充電電流,，再根據(jù)充電時間,，便可精確計算得到實際充入電池的電量。如果將電池充滿后的電量與出廠值比較,，便能得到當前電池電容量下降程度,，也可以據(jù)此判定電池的剩余使用期限。
    (5)在手機電池沒電,、甚至手機未裝電池條件下均可做到即插即用,。即使手機電池電壓過低(低于開機電壓)，只要插入外部充電器即可打電話（無需等待手機電池充至一定電壓）,，甚至手機無需裝載電池,只要插入外部充電器就可打電話,。這也是新技術(shù)所特有的功能。
    (6)新技術(shù)軟件更簡單,、更易實現(xiàn),。由于新技術(shù)更容易測算實際充入電池的電流，因而軟件更簡單,。
    表1表示是LTE手機用新充電技術(shù)與傳統(tǒng)充電技術(shù)測出的數(shù)據(jù),。

    本文所述改進后的手機充電技術(shù)實現(xiàn)簡單，并且功能完善,，克服了傳統(tǒng)手機充電技術(shù)的諸多缺陷,。應(yīng)用新技術(shù)，不僅每次充電時間不會延長,，并可實際測算每次充入電池的電量,。在手機電池沒電，甚至手機未裝電池條件下均可做到即插即用,。最重要的是,，新技術(shù)最大限度地延長了電池的使用壽命。在實際的LTE手機中應(yīng)用,，其性能完全優(yōu)于傳統(tǒng)的手機充電技術(shù),。因為新技術(shù)是修改內(nèi)部充電電路來實現(xiàn)性能優(yōu)化，其電源接口和手機適配接口[6]均無改動,，所以不會違反國家所制定的手機充電器接口標準,。
參考文獻
[1] KABAL P，RAMACHANDRAN R P.The computation of  line spectral frequencies using Chebyshev polynomials[J]. IEEE Trans.on ASSP,，1986,，34(6)：1419-1426.
[2] DELLERJR J R，PROAKIS J G,，HANSEN J H L.Discrete  time processing of speech signals[M].New York：Macmillan Publishing Company,，1993.
[3] Khy V ijeh.Charge techniques for portable applications[R]. Application Engineer with Portable Power Systems Group at  National Semiconductor Corp,，USA，2001.
[4] 蘇金然,，秦興才.GB/T 18287-2000.蜂窩電話用鋰離子電池總規(guī)范[S].國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局,，2000.
[5] MAXIM Application Note 913.Switch-mode，linear,，and pulse charging techniques for Li + Battery in mobile  phones and PDAs[OL/EB].[2001-12-27].http：//www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/913.
[6] 張惠,，馮英.電源大全[M].成都：西南交通大學出版社，1993.