應(yīng)用案例：基于SE9020的萬能充電器解決方案

SE9020C/D是一顆可以自動(dòng)識(shí)別電池極性的單節(jié)鋰電池充電控制IC，該IC集成了完整的電池極性識(shí)別、自動(dòng)充電控制、充電保護(hù)等萬能充電器方案所需的功能，幾乎不需要任何外部元件就可以為鋰電池充電，充電電流達(dá)到250mA(TYP)。 SE9020C/D用的是小而簡(jiǎn)單的SOT23-6L和COB等封裝形式，適合萬能充電器這種便攜式設(shè)備使用。

SE9020C/D內(nèi)部集成極性檢測(cè)電路, 可以迅速的識(shí)別插入的鋰電池的極性并且以正確的極性自動(dòng)為鋰電池充電。SE9020C/D 以恒壓的方式為鋰電池進(jìn)行充電并且充電電流在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)固定，被限制在250mA(TYP). 這樣可以有效的保證充電質(zhì)量，同時(shí)減小充電時(shí)電池過熱的危險(xiǎn)。在充電的同時(shí)芯片自動(dòng)檢測(cè)電池的電壓，當(dāng)電池充飽后，芯片自動(dòng)結(jié)束充電，避免芯片過充，有效的保護(hù)電池。

SE9020C/D 支持多種充電狀態(tài)顯示模式，包括紅/綠LED 閃燈模式和七彩燈顯示模式， SE9020C/D 中字母C 表示color 的意思，指七彩燈模式。字母D 表示Double 的意思，指 閃燈模式。在七彩燈顯示模式中， LED1 燈用于顯示電源和電池是否連接和連接狀態(tài)， 七彩燈用于指示充電狀態(tài)。充電時(shí)，七彩燈閃亮，充電完成后，七彩燈熄滅。在閃燈顯 示模式， LED1 燈用于顯示電源和電池是否連接和連接狀態(tài)，LED2 燈用于顯示充電狀態(tài)。 充電時(shí)，LED2 燈閃亮，充電完成后，LED2 燈熄滅。

SE9020C/D 還具有電池欠壓自動(dòng)重啟、鋰電池短路保護(hù)、過溫保護(hù)，過流保護(hù)等保護(hù)功 能，防止充爆電池等危險(xiǎn)情況的發(fā)生。

與傳統(tǒng)萬能充電器用鋰電池充電方案相比，SE9020C/D 采用更安全、高效的充電模式：

傳統(tǒng)的鋰電池充電方式

（一） 充電模式

恒流限壓充電（CC-mode）

恒流充電是采用恒定的電流源對(duì)鋰電池進(jìn)行充電。恒流充電的工作原理是在充電過程 中，通過一個(gè)電流檢測(cè)單元，采集TEST2 信號(hào)對(duì)整個(gè)充電回路的電流進(jìn)行監(jiān)控，并反饋 一個(gè)控制信號(hào)CONTROL2，對(duì)電流源進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，使得電流源輸出一個(gè)恒定的電流對(duì) 鋰電池進(jìn)行充電。另外利用一個(gè)電池電壓檢測(cè)單元，檢測(cè)TEST1 的信號(hào)對(duì)鋰電池的電壓 進(jìn)行監(jiān)控，如果鋰電池的電壓達(dá)到4.2V，就通過CONTROL1 輸出一個(gè)充電截至信號(hào)，關(guān) 閉電流源。完成整個(gè)充電過程。

恒壓非限流充電（CV-mode）

恒壓充電是通過檢測(cè)電池電壓調(diào)節(jié)電流源輸出電流對(duì)電池進(jìn)行充電的方法。在充電的過 程中，通過電壓檢測(cè)單元對(duì)采樣TEST1 的信號(hào)，輸出CONTROL1 信號(hào)控制電流源，當(dāng)電 池電壓升高時(shí)，充電電流逐漸減小。達(dá)到能量守恒的平衡狀態(tài)。另外通過電流檢測(cè)單元， 對(duì)TEST2 進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)電流減小的預(yù)設(shè)值時(shí)，輸出CONTROL2 信號(hào)，關(guān)斷整個(gè)充電回路。 完成整個(gè)充電過程。

優(yōu)缺點(diǎn)：

恒流充電模式的優(yōu)點(diǎn)在于保持恒定的電流充電，在整個(gè)充電過程中都能控制充電電流維 持在預(yù)設(shè)值，保持穩(wěn)定的充電時(shí)間。缺點(diǎn)是當(dāng)電池電壓達(dá)到預(yù)設(shè)電壓值（判斷充滿的 狀態(tài)）后，充電電流馬上關(guān)斷，此時(shí)電池并 沒有真正充滿，充電結(jié)束后，電池電壓會(huì)迅 速下降100mV 左右，而且也會(huì)影響電池的放 電時(shí)間。

恒壓充電模式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崟r(shí)的檢 測(cè)電池電壓對(duì)充電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)電池電 壓達(dá)到預(yù)設(shè)電壓后，充電電流逐漸減小。這 段恒壓充電過程，保證了電池真正的充滿， 充電結(jié)束后，電池電壓基本不變。同時(shí)具有 更長(zhǎng)的放電時(shí)間。缺點(diǎn)是充電電流隨著電池 電壓的上升減小很快，影響充電時(shí)間。

（二）實(shí)現(xiàn)方式

傳統(tǒng)的萬能充電器采用分離器件組成整個(gè)系統(tǒng)，原理如圖2 所示，傳統(tǒng)分離器件方案用簡(jiǎn)單的NPN 導(dǎo)通電壓作為關(guān)斷充電的控制器，通過兩個(gè)NPN 管和兩 個(gè)PNP 管作為切換電池極性的控制器，無法避免由NPN 管和PNP 管本身的壓降造成的影 響，同時(shí)同一個(gè)充電器對(duì)不同的電池進(jìn)行充電時(shí)飽和電壓也不相同，使得充電電壓具有 較高的離散性，不易控制在1%的精度。另外，傳統(tǒng)的充電方案的應(yīng)用中，由于電路內(nèi)部 增益不夠大，導(dǎo)致充電過程燈和充滿顯示燈的切換中往往存在中間態(tài)，在使用中容易給 使用者帶來誤導(dǎo)。同時(shí)大量的分離器件降低了板級(jí)電路的加工效率。沒有完善的保護(hù)電 路，使得電池充電過程存在安全隱患。

SE9020 充電應(yīng)用分析

通過分析傳統(tǒng)的充電模式，我們發(fā)現(xiàn)限流－恒壓充電是更為科學(xué)的萬能充電器充電方 法，恒壓充電確保電池真正的充滿，限流充電保證在為各種不同規(guī)格鋰電池充電時(shí)沒有 過熱的危險(xiǎn)。通過在相同的測(cè)試條件下的對(duì)比測(cè)試，采用限流—恒壓充電模式充電的電 池具有更長(zhǎng)的放電時(shí)間。另外采用集成度較高的IC 替代傳統(tǒng)的分離器件方案，無論從 技術(shù)層面還是從生產(chǎn)加工的角度都是今后的發(fā)展趨勢(shì)。

充電工作原理

SE9020 在傳統(tǒng)的恒壓充電的基礎(chǔ)上，增加了限制最大充電電流的單元?？刂瞥潆娀芈冯?流，減緩充電電流減小的速度，使得電池電壓接近充滿值時(shí)還能維持較大的充電電流。 同時(shí)恒壓過程使得電池能夠真正的充滿，綜合充放電時(shí)間等因素，SE9020 的充電效率優(yōu) 于傳統(tǒng)的恒流充電模式。圖3 圖4 是SE9020 充電過程與傳統(tǒng)恒流模式的比較。SE9020 內(nèi)建自動(dòng)辨別電池極性的單元，通過檢測(cè)電池的電壓方向，自動(dòng)切換充電回路，使得無 論電池正接或者反接，都能夠正常的充電。

圖 3 SE9020 充電原理

SE9020 內(nèi)建精確的基準(zhǔn)電路，為整個(gè)充電過程提供精確的基準(zhǔn)，同時(shí)由充電電流的逐漸 減小使得控制極性的開關(guān)的壓降也隨之減小為零，內(nèi)建有判斷充滿的單元，確保充電飽 和電壓具有1%的高精度，無過充危險(xiǎn)。SE9020 還設(shè)有RE-CHARGE 功能，當(dāng)IC 檢測(cè)到電 池電壓低于4.05V 后，電路會(huì)重新啟動(dòng)充電過程。在電源電壓低至5V 時(shí)SE9020 還能具 有較大的充電電流，對(duì)于USB 充電方案具有較大的兼容性。內(nèi)設(shè)準(zhǔn)確快速的指示燈邏輯 控制單元，在充電過程中的各個(gè)狀態(tài)切換時(shí)，使得指示燈都能準(zhǔn)確快速的切換。

圖5 用SE9020 充電后電池放電曲線和傳統(tǒng)恒流模式充電后電池的放電曲線比較圖

完善的充電保護(hù)功能

SE9020C/D 還具有分離器件方案所不具備的各種保護(hù)功能：設(shè)有電池短路保護(hù)，當(dāng)電池 電壓低于2.5V 時(shí)電路判定為電池短路，關(guān)斷整個(gè)充電回路，避免了由于電池短路產(chǎn)生 大電流所造成的危險(xiǎn)。SE9020 還建有溫度保護(hù)電路，當(dāng)溫度過高時(shí)，關(guān)閉整個(gè)充電回路， 有效的防止由于電池過熱引起的危險(xiǎn)情況。

豐富的充電指示燈功能

SE9020 內(nèi)嵌兩種電源指示燈模式，L1/L2 閃燈模式和L1/七彩燈模式。各種充電狀態(tài)下 的指示燈邏輯如表1 所示。

面積的優(yōu)化和成本的節(jié)省

相對(duì)于以往的分離器件傳統(tǒng)方案，SE9020 集成度高，除了LED 指示燈以外，不需要任何 外圍元件。SE9020 應(yīng)用電路如圖6 圖7 所示。

通過以上的比較可以發(fā)現(xiàn)SE9020 與傳統(tǒng)完成充電器應(yīng)用方案相比還具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、充滿電壓準(zhǔn)，自動(dòng)識(shí)別電池正負(fù)級(jí)、可以結(jié)合USB 接口，符合國(guó)標(biāo)，為客戶帶來更多附加價(jià)值 ，100%產(chǎn)品充電一致性 。

2、內(nèi)建高精度的基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?，使得充飽電壓能夠達(dá)到1%的高精度。而傳統(tǒng)恒流充電方案是采用外接LED 的正向?qū)妷鹤鳛榛鶞?zhǔn)電壓。(LED 正向?qū)妷旱木韧ǔＪ?5%，因此需要人工從15%精度的LED 中挑選1%精度的LED 使用。在很大程度上降低了加工效率)。

3、優(yōu)化的充電模式，使得充電效率更高。

4、完善的充電保護(hù)功能，提高產(chǎn)品的安全性。

5、豐富的邏輯指示燈功能和多種封裝形式，為客戶提供更多的選擇空間。

6、高度集成、減少流水線上工人人數(shù)，生產(chǎn)率大大提高，成品良率高，提高采購(gòu)和生產(chǎn)管理、提高生產(chǎn)效率 。

7、可以把產(chǎn)品做的更小、更精致，PCB 板能縮小30%。

8、成品測(cè)試簡(jiǎn)單，同時(shí)大大降低返修率

9、更高的檔次、更容易贏得訂單。