1 電池的充電要求

充電曲線適用于鋰離子電池充電，它包括3個充電階段：預充階段,、快充恒流(CC)階段,、恒壓(CV)終止階段。在預充階段,，在電池電壓低于3．0 V時,，電池以較低速率充電。通常情況下,，當電池電壓達到3．0 V,，充電器就會進入CC階段?？焖俪潆婋A段CC通常限制在1 C電池額定值以下,。如果充電率超過1 C，那么電池使用壽命就會縮短,，因為節(jié)點上積存的金屬鋰會與電解質發(fā)生反應,，造成永久損失。最后,，充電器會進入CV階段,，這時它將保持峰值電池電壓，并在充電電流下降到預定義大小時終止充電,。

電池容量是電池電壓的函數(shù),，電壓越高，容量就越大,。不過,，如果電池電壓升高，就會導致電池使用壽命縮短,。例如,，如果用4.3 V電壓給電池充電，那么容量就會提高lO％,，但電池使用壽命會縮短一半,。另一方面，如果電池充電不足，比理想電壓狀態(tài)低40 mV,，那么容量就會降低約8％,。因此，非常精準的電池充電電壓至關重要,。

2 支持輸入OVP的熱調節(jié)" title="熱調節(jié)">熱調節(jié)電池充電器

圖1為支持熱調節(jié)和輸入OVP的低成本單獨線性電池充電器電路,。該充電器能將適配器的DC電壓降到電池電壓水平。線性充電器的功耗計算公式：


充電器從預充階段轉向快充模式時,，輸入電壓與電池電壓之間有較大差值,，這時功耗會達到最高。例如,，如果用5 V適配器來給1 200 mAh鋰離子電池充電,，那么在1 A充電電流與3．2 V電池電壓下的最大功耗為1．8 W。如果采用3 mmx3 mm QFN封裝,，熱阻抗為47℃/W,，這樣的功耗會造成85℃的溫度提升。在45℃環(huán)境溫度下,，結溫超過125℃的工作溫度極限,。在充電開始階段，很難將結溫控制在安全散熱范圍內,。隨著電池電壓在充電階段不斷升高,，功耗也會下降。充電進入CV模式后,，功耗會進一步下降,，而充電電流也開始下降。

如何改進設計才能確保充電器在安全散熱范圍內正常工作呢?更高級的電池充電器(如bq2406x與bq2403x)引入了熱調節(jié)環(huán)路,，可避免充電器過熱,。內部芯片溫度達到預定義的溫度閾值后(如110℃)，器件溫度只要進一步提升就會使充電電流下降,。這有助于限制功耗,，并為充電器提供熱保護。使IC結溫升高到熱調節(jié)的最大功耗取決于PCB板布局,、散熱通孔的數(shù)量以及環(huán)境溫度,。從圖2看出，1．2 s之后,，熱環(huán)路會在2 s內將有效充電電流從1.2 A降至600 mA,。
 

熱調節(jié)通常在快充早期階段進行，不過如果在CV模式下器件仍然工作的話,，充電電流會過早達到充電終止閾值,。為了避免充電誤終止，只要散熱調節(jié)回路在工作，電池充電終止功能就會被禁用,。此外,，降低有效充電電流會延長電池充電時間，如果充電安全計時器有固定設置的話,，就會過早終止充電。bq2406x采用動態(tài)安全計時器控制電路,，能在熱調節(jié)階段有效延長安全時間,，并盡可能降低安全計時器的故障率。從圖3中可以看出,，熱調節(jié)模式下安全計時器的響應與有效充電電流成反比,。
啟用電池充電功能后，內部電路會生成與ISET引腳設置的實際充電電流成正比的電流,。電阻器RSET上生成的電壓反映的是充電電流,。該電壓可由主機監(jiān)控，以獲取充電電流信息,。

為鋰離子電池充電的適配器有很多種,。低價位適配器的穩(wěn)壓輸出可能不太理想，空載下的輸出電壓也高于正常負載情況,。此外,，在電池熱插人情況下，充電器輸入電壓會達到適配器電壓的兩倍,，這是由線纜電感和電池充電器輸入電容間的共振造成的,。為了在輸入電壓高于預定義閾值時提高安全度，bq2406x充電器的輸入OVP功能將禁止充電,。

LDO模式(TMR引腳開路時)可禁止充電終止電路或電池檢測電路工作,。并將安全定時器時鐘保持在復位狀態(tài)。該模式通常用于無電池或正在進行測試的工作環(huán)境,。

 許多應用都要求在電池充電同時給系統(tǒng)供電,。如圖l所示，系統(tǒng)直接連接到電池充電輸出,，系統(tǒng)和充電器間的相互影響會使安全計時器生成錯誤充電終止信息,。圖4為能夠解決上述問題的典型應用電路。這里有兩個獨立的電源路徑,，一個給電池充電,，另一個給系統(tǒng)供電。如果AC適配器不可用,，那么電池放電MOSFET在R4和C2設置的時間延遲之后就會打開,，這樣電池就能給系統(tǒng)供電了。

 

3 總結

支持熱調節(jié)功能的線性電池充電器能顯著提高散熱設計與安全性。利用輸入OVP機制,，只有經(jīng)過認可的適配器才能給電池充電,，從而提高系統(tǒng)安全性。