手機(jī)應(yīng)急充電器充電電路的設(shè)計(jì)

當(dāng)前，隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，手機(jī)已成為了人們的生活必需品。而且，為了滿足消費(fèi)者的更高需求，當(dāng)今的手機(jī)越來越薄，功能卻在繼續(xù)多樣化，這些都對電池的供電都提出了新的要求。因此，如何設(shè)計(jì)功能強(qiáng)，性能優(yōu)越的充電電路就變得非常重要。
　　
電路功能
根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)的需求分析，該電路能夠滿足如下功能：
● 內(nèi)置儲能鋰電池，可以在平時(shí)充好電以備應(yīng)急時(shí)用。
● 有充電顯示功能，可選擇“充電（CH）”、“待機(jī)（OFF）”兩個(gè)功能位。
● 集快充、方波充、涓流充、溫度自動監(jiān)控于一體。

電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
1 電路設(shè)計(jì)思想
從手機(jī)鋰離子二次電池的恒流／恒壓充電控制出發(fā)，用220V 交流電通過配置的內(nèi)置儲能鋰電池對手機(jī)鋰離子電池充電。電路的具體工作流程如圖1所示。

圖1 工作流程圖

2 電路設(shè)計(jì)方案
① 充電芯片的工作原理和特點(diǎn)
充電芯片選用美信半導(dǎo)體公司的鋰電池充電芯片，這款充電芯片具有很強(qiáng)的充電控制特性，可外接限流型充電電源和P溝道場效應(yīng)管，能對單節(jié)鋰電池進(jìn)行安全有效的快充。其最大特點(diǎn)是在不使用電感的情況下仍能做到很低的功率耗散，且充電控制精度達(dá)0.75％；可以實(shí)現(xiàn)預(yù)充電；具有過壓保護(hù)和溫度保護(hù)功能，其浮充方式能夠充至最大電池容量。

當(dāng)充電電源和電池在正常的工作溫度范圍內(nèi)時(shí)，接通電源將啟動一次充電過程。充電結(jié)束的條件是平均的脈沖充電電流達(dá)到快充電流的1％，或時(shí)間超出片上預(yù)置的充電時(shí)間。所選用的充電芯片能夠自動檢測充電電源，在沒有電源時(shí)自動關(guān)斷以減少電池的漏電。啟動快充后打開外接的P型場效應(yīng)管，當(dāng)檢測到電池電壓達(dá)到設(shè)定的門限時(shí)進(jìn)入脈沖充電方式，充電結(jié)束時(shí)，外接LED指示燈將會進(jìn)行閃爍提示。

② 該電路工作原理
產(chǎn)品內(nèi)置儲能電池的充電及保護(hù)電路原理如圖2所示。

圖2 Wealth―Ⅰ內(nèi)置儲能電池的充電及其保護(hù)電路原理圖

其中包括：LED顯示、熱敏電阻，電流反向保護(hù)。ADJ引腳通過10kΩ的電阻與內(nèi)部1.4V的精密基準(zhǔn)源相連接，當(dāng)ADJ對地沒有連接電阻時(shí)，電池充電電壓閾值為缺省值：VBR＝4.2V；當(dāng)需要自行設(shè)置充電閾值時(shí)，可在ADJ引腳與GND間接一精度為1％的電阻RADJ，阻值由式(1)確定：
RADJ＝10kΩ/(VBR/VBRC-1) (1)
由圖3可知，充電閾值為4.1V，可得RADJ＝410kΩ。電阻精度為1％時(shí)，產(chǎn)生得系統(tǒng)誤差為0.024％。
TSEL管腳接BATT、ADJ或GND將得到不同的快充時(shí)間和全部充電時(shí)間。TESL管腳接BATT時(shí)快充時(shí)間為55分鐘，全部充電時(shí)間為2.8小時(shí)；TSEL接ADJ時(shí)快充時(shí)間為75分鐘，整個(gè)充電時(shí)間為3.75小時(shí)；TSEL接GND時(shí)快充時(shí)間沒有限制，整個(gè)充電時(shí)間為6.25小時(shí)。充電電流的限制可以采用限流電阻的方法解決。

電路工作流程如下。
① 初始化充電周期
充電芯片檢測到電池和充電電源后將初始化充電周期，充電結(jié)束后，如檢測到電池電壓低于3.89V或THERM引腳電壓高于1.4V將重新充電。允許快充的條件是電池電壓大于2.5V且小于充電閾值電壓（默認(rèn)值是4.2V），且溫度范圍為2.5～47.5℃。如果溫度范圍不符，充電芯片將處于用5mA的電流預(yù)充，防止深度放電的鋰離子電池在快充時(shí)損壞甚至發(fā)生危險(xiǎn)。

②快充過程
快充開始后，充電芯片打開外接的P溝道場效應(yīng)管，充電電流大小由外部限流型充電電源決定。由于P溝道場效應(yīng)管工作在開關(guān)狀態(tài)，并非線性穩(wěn)壓器，所以功耗極小?？斐浣Y(jié)束的條件是電池電壓達(dá)到閾值（由ADJ引腳調(diào)節(jié)），充電時(shí)間達(dá)到預(yù)定的快充時(shí)間或溫度超出安全范圍。溫度超出工作范圍時(shí)快充只是暫停，當(dāng)溫度恢復(fù)后快充將持續(xù)進(jìn)行。

③脈沖充電過程
多數(shù)情況下，充電電池達(dá)到閾值后便會結(jié)束快充過程而進(jìn)入脈沖充電過程。充電芯片每隔2ms檢測一次電池電壓，電池電壓小于閾值時(shí)，外部P溝道場效應(yīng)管導(dǎo)通；電池電壓大于等于閾值時(shí)，P溝道場效應(yīng)管斷開；脈沖充電過程接近結(jié)束時(shí)，P溝道場效應(yīng)管的斷開時(shí)間大大超過接通時(shí)間，達(dá)到TSEL管腳設(shè)置的周期比（1/64，1/128，1/256）后脈沖充電過程結(jié)束。