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手机应急充电器充电电路的设计

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3 专用充电芯片的选择及其电路设计

① 锂电池充电特性

锂电池充电器需同时限制电压和电流，通常对锂离子电池充电分为四个过程：

A 预充电。如果充电开始时单节电池电压低于2.5V,则用涓流充电方式对电池进行预充电直到电池电压升至2.5V，其充电电流大小一般在1C×1/10。
B 恒流充电。预充电结束后即开始恒流充电，其间电池电压不断上升。
C 恒压充电。当电池电压上升到4.1V后转入恒压充电，其间充电电流不断减小。
D 充电终止。当端电压达到电压阈值并且充电电流降至0.03C(约1charge的3%)时,即认为电池已基本充足，可终止充电。有的会再延时一段时间结束充电。

当前的锂离子电池一般充电到4.20V，容差为±0.05V/节。

较高的充电电流并不会使充电时间缩短太多。较高的充电电流能较快达到电压峰值，但是浮充需要较长时间。通常，浮充时间是初始充电时间的两倍。

② 所用芯片特点

选用美国飞思卡尔半导体产品公司开发的专用充电芯片。该芯片是8脚开关型充电控制集成电路，专门适用于锂电电池的充电管理，能实现高精度充电控制。它简化了锂电池的充电过程，把必要的功率转换和锂电池的充电控制算法及其他充电需要的功能电路制作到同一块IC上。其主要特点如下。

● 可对锂离子电池进行安全充电管理；
● 高频开关模式控制器使得充电效率可达90％以上；
● 可防止对锂电池的过充电和欠充电；
● 初充电模式可检测电池短路、损坏以及电池过热； ● 快速充电结束方式，对锂电池可选择为最小电流和最长时间关断模式；
● 电池组放入与取出检测；
● 低功耗的休眠方式。

其内部框图如图3所示。

图3 Wealth—Ⅰ主充电芯片内部电路原理

③ 工作原理

首先，由振荡器和内部振荡器共同作用到时钟脉冲发生器，产生时钟信号，用来控制D/A转换、－ΔV运算器及其他有关单元电路，并使之同步工作。该充电芯片在中断充电电流期间进行采样，以求采样的精确。采样电压从脚4（BAT）进入电路内部，经A/D转换后送入－ΔV运算器处理，并将运算结果送入充电控制单元，随时控制充电过程。

在充电初始阶段，该充电芯片会检测电池的电参数，一旦电参数确定，立即用适当的算法确定合适的控制方法。这个过程主要是为了区分不同电参数的锂电池，同时也排除了欠充电和过充电情况发生。该充电芯片使用最小电流法终结充电。为了充电安全，电路内部设置了一个可供用户编程的充电定时器。通过定时器也可以用最大时间法终结充电。

另外，为了确保安全，在电池的电压和温度未达到预先确定的或用户规定的阈值之前，该充电芯片禁止快速充电。