通tong常chang為wei了le提ti高gao電dian池chi充chong電dian時shi的de可ke靠kao性xing和he穩wen定ding性xing，我wo們men會hui用yong電dian源yuan管guan理li芯xin片pian來lai控kong製zhi電dian池chi充chong電dian的de電dian壓ya與yu電dian流liu，但dan是shi在zai使shi用yong電dian源yuan管guan理li芯xin片pian設she計ji充chong電dian電dian路lu時shi，我wo們men往wang往wang對dui充chong電dian電dian路lu每mei個ge時shi間jian段duan的de工gong作zuo狀zhuang態tai及ji電dian路lu設she計ji注zhu意yi事shi項xiang存cun在zai一yi些xie困kun惑huo。

 

1、電池充電方式簡介 

 

理論上為了防止因充電不當而造成電池壽命縮短，我們將電池的充電過程分為四個階段：涓流充電（低壓預充
，此狀態的電池電壓比較低
，實際使用時，建議將鋰電池欠壓保護點提高，避免電池出現過放電現象）
、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。

典型的充電方式是：先檢測待充電電池的電壓
，在電池電壓較低情況下，先進行預充電
，充電電流為設定的最大充電電流的1/10，當電池電壓升到一定值後，進入標準充電過程。標準充電過程為：以(yi)最(zui)大(da)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)恒(heng)流(liu)充(chong)電(dian)
，電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)持(chi)續(xu)穩(wen)定(ding)上(shang)升(sheng)，當(dang)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)升(sheng)到(dao)接(jie)近(jin)設(she)定(ding)的(de)最(zui)大(da)電(dian)壓(ya)時(shi)，改(gai)為(wei)恒(heng)壓(ya)充(chong)電(dian)，此(ci)時(shi)，充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)逐(zhu)漸(jian)下(xia)降(jiang)，當(dang)電(dian)流(liu)下(xia)降(jiang)至(zhi)最(zui)大(da)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)的(de)1/10時，充電結束。

 

階段1：涓流充電——涓流充電用來先對完全放電的電池單元進行預充(恢複性充電)。在電池電壓低於3V左右時采用涓流充電，涓流充電電流是恒流充電電流的十分之一即0.1c(以恒定充電電流為1A舉例，則涓流充電電流為100mA)。

 

階段2：恒流充電——當電池電壓上升到涓流充電閾值以上時
，提高充電電流進行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至 1.0C之間。電池電壓隨著恒流充電過程逐步升高,一般單節電池設定的此電壓為3.0-4.2V。

 

階段3：恒壓充電—— 當電池電壓上升到4.2V時，恒流充電結束，開始恒壓充電階段。電流根據電芯的飽和程度
，隨著充電過程的繼續充電電流由最大值慢慢減少，當減小到0.01C時
，認為充電終止。（C是以電池標稱容量對照電流的一種表示方法，如電池是1000mAh的容量，1C就是充電電流1000mA。） 

 

階段4：充電終止——有兩種典型的充電終止方法：采用最小充電電流判斷或采用定時器(或者兩者的結合)。最小電流法監視恒壓充電階段的充電電流，並在充電電流減小到0.02C至0.07C範圍時終止充電。第二種方法從恒壓充電階段開始時計時
，持續充電兩個小時後終止充電過程。

 

 

2


、電池充電電路設計注意事項 

 

若設計的充電電路沒有防倒灌保護，將會產生許多危害。以輸出端接2節(jie)鋰(li)電(dian)池(chi)串(chuan)聯(lian)為(wei)例(li)
，若(ruo)僅(jin)將(jiang)電(dian)源(yuan)去(qu)除(chu)
，充(chong)電(dian)器(qi)沒(mei)有(you)移(yi)除(chu)，電(dian)池(chi)內(nei)的(de)電(dian)流(liu)倒(dao)灌(guan)至(zhi)充(chong)電(dian)電(dian)路(lu)中(zhong)，導(dao)致(zhi)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)白(bai)白(bai)損(sun)失(shi)。且(qie)更(geng)嚴(yan)重(zhong)的(de)安(an)全(quan)隱(yin)患(huan)是(shi)：對於降壓電源芯片來說，電池電流從輸出端，經芯片內部功率管寄生的二極管倒灌至芯片的VIN端，當電路的輸出端電壓（電池電壓）低於設定值時，芯片FB點電壓相應的也會低於標稱值
，芯片開始工作來提高輸出端電壓
；由於輸入端電壓幾乎與輸出端相等，對於降壓芯片來說，輸入端無法給輸出端提供能量，導致FB點電壓一直低於標稱值
，芯片進入占空比100% 的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)。此(ci)時(shi)若(ruo)是(shi)輸(shu)入(ru)端(duan)突(tu)然(ran)恢(hui)複(fu)供(gong)電(dian)，輸(shu)入(ru)端(duan)電(dian)源(yuan)會(hui)經(jing)過(guo)已(yi)經(jing)打(da)開(kai)的(de)功(gong)率(lv)管(guan)直(zhi)接(jie)把(ba)能(neng)量(liang)輸(shu)送(song)到(dao)輸(shu)出(chu)端(duan)，由(you)於(yu)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)存(cun)在(zai)壓(ya)差(cha)
，瞬(shun)間(jian)會(hui)有(you)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)功(gong)率(lv)管(guan)，若(ruo)此(ci)時(shi)由(you)於(yu)其(qi)它(ta)不(bu)可(ke)控(kong)的(de)原(yuan)因(yin)導(dao)致(zhi)芯(xin)片(pian)未(wei)能(neng)及(ji)時(shi)有(you)效(xiao)做(zuo)出(chu)響(xiang)應(ying)來(lai)關(guan)閉(bi)功(gong)率(lv)管(guan)，這(zhe)個(ge)大(da)電(dian)流(liu)有(you)可(ke)能(neng)會(hui)使(shi)芯(xin)片(pian)內(nei)部(bu)開(kai)關(guan)管(guan)損(sun)壞(huai)。因(yin)此(ci)在(zai)設(she)計(ji)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)電(dian)路(lu)時(shi)
，我(wo)們(men)需(xu)要(yao)添(tian)加(jia)防(fang)倒(dao)灌(guan)的(de)措(cuo)施(shi)。

 

升(sheng)壓(ya)方(fang)案(an)由(you)於(yu)續(xu)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)可(ke)以(yi)起(qi)到(dao)防(fang)倒(dao)灌(guan)的(de)作(zuo)用(yong)，所(suo)以(yi)一(yi)般(ban)不(bu)外(wai)加(jia)防(fang)倒(dao)灌(guan)措(cuo)施(shi)。但(dan)是(shi)對(dui)於(yu)降(jiang)壓(ya)方(fang)案(an)，需(xu)要(yao)對(dui)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)電(dian)路(lu)添(tian)加(jia)防(fang)倒(dao)灌(guan)措(cuo)施(shi)。

 

以XL4301鋰電池充電電路為例，如圖2
、圖3所示（紅色虛線框中為防電流倒灌電路）。輸入12V，輸出接單節鋰電池（3.1V-4.3V）
，最大充電電流0.8A；其中最大充電電流 IOUT=VCS/RCS=0.11/0.137≈0.803A，最大充電電壓 VOUT=VFB*（1+R2/R1）=1.25*（1+7.87/3.3）≈4.231V。

 

圖2電路中
，我們選擇一個肖特基二極管防止電流倒灌


，這是簡單有效的方法。為降低肖特基D2溫度，選用的肖特基電流能力是充電電流2倍以上。

 

 

由於肖特基壓降比較大
，會增加係統損耗；為減小防倒灌電路產生的損耗，我們可以采用MOS管來防止電流倒灌，如圖3正常工作時

，PMOS管導通，電流經過MOS管給鋰電池充電

，MOS管功耗較小；當輸入端斷電時
，PMOS關斷

，起到防止電流倒灌的作用。其中DZ1的選取遵循VOUT＜VDZ1 ＜VIN。

 

 

備注：當輸出端電壓小於8.4V時，電路中DZ2與R6可以省去。

 

充電流程

 

 

手機充電器的工作流程一般為：1. 檢測電池的電壓
，如果低於一個閾值電壓，就要進行涓流充電；2. 電池充到一定電壓（一般設置為2.9V）時
，進行全電流充電；3. 當電池電壓達到預置電壓（鋰離子電池一般為4.2V）時，開始恒壓充電，同時充電電流降低；4. 當電流逐漸減小到規定的值時，充電過程結束。

 

電池電壓低於2.5V（Vshort）時,鋰離子電池充電器用25mA的電流預充,防止深度放電的鋰離子電池在快充時被損壞甚至發生危險。

 

對於電壓過低的電池需要進行預充
，電池電壓低於2.5V（Vshort）時,鋰離子電池充電器用25mA的電流預充,防止深度放電的鋰離子電池在快充時被損壞甚至發生危險。

 

充(chong)電(dian)終(zhong)止(zhi)檢(jian)測(ce)除(chu)電(dian)壓(ya)檢(jian)測(ce)外(wai)，還(hai)需(xu)采(cai)用(yong)其(qi)他(ta)的(de)輔(fu)助(zhu)方(fang)法(fa)作(zuo)為(wei)防(fang)止(zhi)過(guo)充(chong)的(de)後(hou)備(bei)措(cuo)施(shi)，如(ru)電(dian)池(chi)溫(wen)度(du)監(jian)測(ce)，檢(jian)測(ce)電(dian)池(chi)溫(wen)度(du)用(yong)電(dian)池(chi)組(zu)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)連(lian)續(xu)檢(jian)測(ce)電(dian)池(chi)溫(wen)度(du)
，當(dang)電(dian)池(chi)溫(wen)度(du)超(chao)出(chu)設(she)定(ding)範(fan)圍(wei)時(shi)關(guan)閉(bi)對(dui)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)。

 

限定充電時間，為電池提供附加保護。

 

除了上麵的流程描述，它還具有自動重新充電、最zui小xiao電dian流liu終zhong止zhi充chong電dian等deng特te性xing。一yi般ban來lai說shuo，恒heng壓ya充chong電dian結jie束shu時shi的de小xiao電dian流liu充chong電dian過guo程cheng中zhong，電dian流liu的de大da小xiao一yi般ban為wei恒heng流liu充chong電dian時shi電dian流liu的de十shi分fen之zhi一yi。目mu前qian在zai鋰li離li子zi電dian池chi充chong電dian器qi的de設she計ji中zhong，對dui手shou機ji充chong電dian結jie束shu後hou由you於yu某mou種zhong因yin素su放fang電dian的de情qing況kuang而er專zhuan門men設she計ji了le檢jian測ce電dian路lu，一yi旦dan檢jian測ce到dao電dian池chi電dian壓ya降jiang低di
，就jiu會hui重zhong新xin啟qi動dong充chong電dian過guo程cheng（見上圖）。

 

軟ruan件jian要yao做zuo的de工gong作zuo是shi設she置zhi進jin入ru快kuai速su充chong電dian的de電dian壓ya閾yu值zhi，進jin入ru恒heng壓ya充chong電dian的de電dian壓ya閾yu值zhi，充chong電dian超chao時shi時shi間jian
，恒heng流liu充chong電dian的de電dian流liu值zhi，恒heng壓ya充chong電dian的de電dian壓ya值zhi
，充chong電dian結jie束shu的de電dian流liu閾yu值zhi，中zhong斷duan處chu理li，提ti供gongsysjiekougeishangcengdouchongdiandezhuangtai，baokuodianchideleixing，dianchizuigaodianya，dianchizuididianya，dianchidangqiandianya

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