智能手機(jī)鋰電池充電管理—一種集成化的解決方案
手機(jī)的鋰離子電池充電安全性日益受到消費(fèi)者重視,因此智能手機(jī)制造商在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時,須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及保護(hù)功能的充電芯片,以降低過電流、過電壓或過溫等狀況所造成的危險。
一般來說,鋰離子電池會有電性安全的范圍限制。由于鋰離子電池的特性,當(dāng)電池電壓在充電時上升到最高設(shè)定電壓后,要立即停止充電,避免電池因過充電造成電池?fù)p毀而產(chǎn)生危險;電池供電(放電)時,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。
本文以帝奧微電子一款開關(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)級設(shè)計(jì)。DIO5425部署于手機(jī)電源輸入接口:USB/DC Source 之后,通過開關(guān)轉(zhuǎn)換可以將輸入電流同時用于手機(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。
Figure.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,其充電電流便會開始下降,如此可避免對電池過度充電,造成電池?fù)p傷;當(dāng)充電電流降至一定程度時,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,若長時間放置不使用會有自然放電的情形出現(xiàn),為避免電池過度自放電導(dǎo)致電池電壓下降,當(dāng)電池電壓低于所設(shè)定電壓時,充電器會重新開始對電池充電,確保電池在使用時還能維持一定電壓。
四階段充電簡述
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,此時充電器會先以微弱電流對電池進(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,充電器改以CV Charge對電池進(jìn)行充電,此時充電電流開始下降,當(dāng)充電電流降至約等于Pre-Charge電流時,充電器停止對電池充電,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)輸入電源對電池充電,當(dāng)電池開始充電后,若充電時間超過其設(shè)定時間,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IC的充電計(jì)時保護(hù)功能使充電器停止對電池充電。
以DIO5425為例,詳細(xì)介紹鋰電池充電過程,下圖是鋰電池充電時序以及詳細(xì)的參數(shù)介紹
Figure.2 鋰離子電池充電曲線圖
- Trickle Charge or Pre-Charge
此時的鋰離子電池電壓小于3伏特(V),當(dāng)充電器開始對電池充電時,因鋰離子電池的特性,其內(nèi)部阻抗會很大,故充電器會先以一微小電流對電池進(jìn)行充電,此時電池電壓持續(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,充電器改以最大充電電流對電池進(jìn)行定電流充電,此時電池電壓持續(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,充電器改以定電壓模式對電池進(jìn)行充電,此時充電電流開始下降。
- Charge Full
當(dāng)充電電流降至微小電流時,充電器停止對電池充電。
電池在充電完成后,若長時間放置不使用會有自然放電的情形出現(xiàn),為避免電池過度放電導(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,會重新開始對電池進(jìn)行CC Charge模式充電,確保電池在使用時還能維持一定電壓。
結(jié)束語
開關(guān)型鋰電池充電管理芯片除了嚴(yán)格的充電管理時序外,還具有充電狀態(tài)指示、充電時間控制、NTC指示(熱敏電阻維持電池溫度安全)、自動復(fù)充等一系列保證性能和安全保護(hù)的功能,DIO5425皆集成了這些最新的電池管理策略。鑒于篇幅有限,帝奧微電子AE Team會在下一期繼續(xù)和您探討關(guān)于智能手機(jī)鋰電池充電管理方案。
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