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(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(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,。
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(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(yǔ)
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,。