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集成化的電池充電——智能手機(jī)與鋰電池“完美結(jié)合”

發(fā)布時(shí)間:2014-11-25 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】手機(jī)鋰電池的安全型、可靠性越發(fā)受到關(guān)注和重視,在手機(jī)制造商設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí),首先要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)。 本文介紹的是一種集成化的解決方案,利用智能手機(jī)和鋰電池相互結(jié)合,實(shí)現(xiàn)鋰電池的安全可靠。

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。

集成化的電池充電——智能手機(jī)與鋰電池“完美結(jié)合”
圖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。
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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。
以DIO5425為例,詳細(xì)介紹鋰電池充電過(guò)程,下圖是鋰電池充電時(shí)序以及詳細(xì)的參數(shù)介紹

集成化的電池充電——智能手機(jī)與鋰電池“完美結(jié)合”
圖2:鋰離子電池充電曲線圖
 
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。

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