目前市場上所售鋰電池組內(nèi)部均封有配套的充放電保護(hù)板。只要控制好外部的充放電電流即可。鋰電池充電電路設(shè)計(jì)：

　　1.涓流充電階段。（在電池過渡放電，電壓偏低的狀態(tài)下）

　　3.0V以下。鋰電池內(nèi)部的介質(zhì)會發(fā)生一些物理變化，致使充電特性變壞，容量降低等。在這個階段，只能通過涓涓細(xì)流緩慢的對鋰電池充電，是鋰電池內(nèi)部的電介質(zhì)慢慢的恢復(fù)到正常狀態(tài)。

　　2.恒流充電階段。（電池從過放狀態(tài)恢復(fù)到了正常狀態(tài)）

　　IC外部的一個引腳外接一個電阻來決定。阻值大小則根據(jù)充電管理IC的datasheet上的公式來計(jì)算。

　　3．恒壓充電階段（已經(jīng)充滿85%以上，在慢慢的進(jìn)行補(bǔ)充）

　　在鋰電池的電容量達(dá)到了85％時(shí)候（約值），必須再次進(jìn)入慢充階段。使電壓慢慢上升。最終達(dá)到鋰電池的最高電壓4.2V。

　　BAT的引腳輸出，這個BAT是連接到鋰電池端的。同時(shí)這個引腳也是鋰電池電壓檢收藏測引腳。鋰電池充電管理IC通過檢測這個引腳來判斷電池的各個狀態(tài)。

　　A210電源供電圖

　　5V通過D2送到開關(guān)SW2，同時(shí)通過充電管理ICMCP73831來送到鋰電池。SW2的左邊點(diǎn)電壓為5V－0.7V=4.3V。由于鋰電池的電壓不管在充滿電或者非充滿狀態(tài)的時(shí)候，都低于SW2左邊點(diǎn)電壓4.3V。所以D1是截止的。充電管理IC正常對鋰電池充電。

　　D2和D1，后級LDORT9193直接接在BAT引腳輸出上，則會是充電IC在通電的時(shí)候，會產(chǎn)生誤判。會出現(xiàn)接上5V的外接電源，但是鋰電池不會進(jìn)行充電，充電管理IC的LED燈指示也不對。后級負(fù)載LDO也不會得到正常的輸入電壓（輸入電壓很小）。在這種情況下，只要將充電管理IC的電壓輸入腳直接對BAT引腳短路連接一下，所有狀態(tài)又正常，充電能進(jìn)行，后級負(fù)載LDO工作也正常。

　　IC在接上電的瞬間，要檢測BAT的狀態(tài)，將LDO的輸入引腳也連接到了BAT和鋰電池正極連接的支路中，會影響到BAT引腳的工作狀態(tài)，致使充電管理IC進(jìn)入了涓流充電階段。將BAT引腳和充電管理IC的電壓輸入短路連接一下，使BAT引腳的電壓強(qiáng)制性的升高，使充電管理IC判斷為鋰電池進(jìn)入了恒流充電階段，所以輸出大電流。能夠驅(qū)動后級負(fù)載LDO等。

　　D1和D2要選用壓降小的二極管。如鍺二極管，肖特基二極管，MOSFET開關(guān)管。在需要電池切換的設(shè)計(jì)中，具有10mV正向壓降、沒有反向漏電流的二極管是設(shè)計(jì)人員的一個“奢求”。但到目前為止，肖特基二極管還是最好的選擇，它的正向壓降介于300mV到500mV之間。但對某些電池切換電路，即使選擇肖特基二極管也不能滿足設(shè)計(jì)要求。對于一個高效電壓轉(zhuǎn)換器來說，節(jié)省下來的那部分能量可能會被二極管的正向壓降完全浪費(fèi)掉。為了在低電壓系統(tǒng)中有效保存電池能量，應(yīng)該選擇功率MOSFET開關(guān)替代二極管。采用SOT封裝、導(dǎo)通電阻只有幾十毫歐的MOSFET，在便攜產(chǎn)品的電流級別下可以忽略其導(dǎo)通壓降。

　　MOSFET來切換電源，最好對二極管導(dǎo)通壓降、MOSFET導(dǎo)通壓降和電池電壓進(jìn)行比較，把壓降與電池電壓的比值看作效率損失。例如，把一個正向壓降為350mV的肖特基二極管用來切換Li+電池（標(biāo)稱值3.6V），損失則為9.7%，如果用來切換兩節(jié)AA電池（標(biāo)稱值2.7V），損失為13%。在低成本設(shè)計(jì)中，這些損失可能還可以接受。但是，當(dāng)使用了高效率的DC-DC時(shí)，就要權(quán)衡DC-DC的成本和把二極管升級為MOSFET帶來的效率改善的成本。

　　MOSFET，還要考慮到產(chǎn)品上所用電池的放電特性。鋰電池的放電特性如下：

　　鋰電池在常溫狀態(tài)下，消耗了90%的電量的時(shí)候，電壓還是會保持在3.5V左右，選擇一個好點(diǎn)的LDO器件。那么在3.5V的時(shí)候，輸出電壓還是會穩(wěn)定在3.3V.

　　LDORT9193來看，負(fù)載電阻在50歐姆，負(fù)載電流60mA的時(shí)候，輸入電壓和輸出電壓關(guān)系如下表所示：

　　2.8V2.65V

　　3.4v3.3V

　　4.0V3.0V

　　，即使是鋰電池消耗了90%的電量的時(shí)候，LDO的輸出端依然可以穩(wěn)定輸出3.3V.從圖一A210的供電電路分析，加上硅二極管D1以后，LDO輸入電壓=3.5---0.7V=2.8V.這樣只要模塊燒錄可以在2.4V左右工作的程序，硅二極管也可以在此電路中使用了。

　　從電路性能上來考慮，使用鍺二極管或者肖特基二極管是最好的選擇。

　　具體采用什么電路設(shè)計(jì)，還需要根據(jù)自己的產(chǎn)品其他電路工作電壓范圍和特性，成本等幾方面考慮了。

　　1.鋰離子電池充電要求的最適合電流是多少？

　　鋰離子電池充電要求首先恒流充電，即電流一定，而電池電壓隨著充電過程逐步升高，當(dāng)電池端電壓達(dá)到4.2V（4.1V），改恒流充電為恒壓充電，即電壓一定，電流根據(jù)電芯的飽和程度，隨著充電過程的繼續(xù)逐步減小，當(dāng)減小到0.01C時(shí)，認(rèn)為充電終止。（C是以電池標(biāo)稱容量對照電流的一種表示方法，如電池是1000mAh的容量，1C就是充電電流1000mA，注意是mA而不是Ah，0.01C就是10mA。）為什么認(rèn)為0.01C為充電結(jié)束：這是國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18287-2000所規(guī)定的，也是討論得出的。以前大家普遍以20mA為結(jié)束，郵電部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T998-1999也是這樣規(guī)定的，即不管電池容量多大，停止電流都是20mA。國標(biāo)規(guī)定的0.01C有助于充電更飽滿，對廠家一方通過鑒定有利。另外，國標(biāo)規(guī)定了充電時(shí)間不超過8小時(shí)，就是說即使還沒有達(dá)到0.01C，8小時(shí)到了，也認(rèn)為充電結(jié)束。（質(zhì)量沒問題的電池，都應(yīng)在8小時(shí)內(nèi)達(dá)到0.01C，質(zhì)量不好的電池，等下去也無意義）鋰離子或鋰聚合物電池組的最佳充電速率為1C，這意味著一個1000mAh的電池組要以1000mA的電流進(jìn)行快速充電，以這種速率充電可以實(shí)現(xiàn)最短的充電時(shí)間，而且不會降低電池組的性能及縮短使用壽命。對于容量不斷增加的電池組，欲達(dá)到這種滿意的充電速率，提高充電電流值是不可避免的。

　　2.鋰離子電池充電要求的最適合電壓是多少？

　　鋰離子電池標(biāo)稱電壓3.7V（3.6V），充電截止電壓4.2V（4.1V，根據(jù)電芯的廠牌有不同的設(shè)計(jì)）怎樣區(qū)別電池是4.1V還是4.2V：消費(fèi)者是無法區(qū)分的，這要看電芯生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品規(guī)格書。有些牌子的電芯是4.1V和4.2V通用的，比如A&TB（東芝），國內(nèi)廠家基本是4.2V。把4.1V的電芯充電到4.2V會怎么樣：會使電池容量提高，感覺很好用，待機(jī)時(shí)間增加，但會減短電池的使用壽命。比如原來500次，減少到300次。同樣道理，把4.2V的電芯過充，也會減短壽命。鋰離子電芯是很嬌嫩的。既然電池內(nèi)有保護(hù)板，我們是否就可以放心了呢：不是，因?yàn)楸Ｗo(hù)板的截止參數(shù)是4.35V（這還是好的，差的要4.4到4.5V），保護(hù)板是應(yīng)付萬一的，假如每次都過充，電池也會很快衰減的。

　　3.蘋果iPhone的電池規(guī)格是多少？

　　蘋果iPhone的電池規(guī)格是標(biāo)稱電壓3.7V，充電截止電壓4.2V，電池容量1400mAh，按照我們上面的所講的，最佳充電速率1C，需要達(dá)到1400mA的電流開始充電，電壓為3.7V，在電壓達(dá)到4.2V后，開始進(jìn)行恒壓充電，直到達(dá)到0.01C也就是14mA停止充電。

　　4.usb接口和充電器的電壓、電流分別是多少？

　　usb接口的電流是500mA，電壓是＋5V，如果在充電過程中打開HWinfo，你也可以看到ExternalPower一項(xiàng)是500mA充電器是為iPhone設(shè)計(jì)的，電壓我想大家都明白那個白色的，可以插進(jìn)電源插座的小方塊是干什么的吧，就不用我再說了吧？使用充電器充電是，打開HWinfo可以看到ExternalPower一項(xiàng)是1000mA綜上所述，當(dāng)你使用usb來充電的時(shí)候，電壓是＋5V，而電流只有500mA，我們在參考1、2問題的答案就知道這種辦法會增加電池容量，用起來很爽，但是會減短電池使用壽命。當(dāng)使用充電器來充電時(shí)，大家可能會問，你不是說最佳速率是1C嗎？那iPhone應(yīng)該是1400mA的充電電流才對啊，沒錯，可是國家還有一個規(guī)定，國標(biāo)規(guī)定的低倍率充電是0.2C（仲裁充電制式），還以iPhone的1400mAh容量的電池為例，就是280mA，理論上越小對電池越有好處。但你總不能為了一塊電池充電等3天吧。（容量mAh＝電流mA×時(shí)間h）所以蘋果選擇了0.7C，大部分的電池在0.5C--0.8C之間5你們可以選擇了！很明顯有人使用usb充電，感覺時(shí)間較長，但是那是以犧牲電池壽命作為代價(jià)的?！′囯x子充電——系統(tǒng)注意事項(xiàng)

　　要快速可靠地完成充電過程需要一個高性能的充電系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)可靠且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到以下系統(tǒng)參數(shù)：

　　輸入源

　　許多應(yīng)用都采用極廉價(jià)的墻式適配器作為輸入電源。其輸出電壓主要依賴于交流輸入電壓和從墻式適配器流出的負(fù)載電流。

　　在美國標(biāo)準(zhǔn)的墻面插座上交流母線輸入電壓的變化范圍一般為90VRMS至132VRMS。假設(shè)額定輸入電壓為120VRMS，容差為+10%,?25%。充電器必須為電池提供適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓措施，從而不受輸入電壓的影響。充電器的輸入電壓與交流母線電壓和充電電流成比例：

　　VO=2VIN×a-1O(REQ+RPTC)-2×VFD

　　REQ是次級繞組的電阻與初級繞組反射電阻（RP/a2）的和。RPTC是PTC的電阻，VFD是橋式整流器的前向壓降。此外變壓器磁芯損失也會使輸出電壓略有降低。

　　利用汽車適配器充電的應(yīng)用也會遇到類似的問題。汽車適配器的輸出電壓典型范圍為9V至18V。

　　恒流充電的速率和精度

　　特定應(yīng)用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇可能要由充電電流來決定。許多大恒流充電應(yīng)用或多節(jié)電池充電應(yīng)用都采用開關(guān)式充電解決方案來獲得更高的效率并避免產(chǎn)生過多熱量。出于尺寸和成本方面的考慮，低檔和中檔的快速充電應(yīng)用則傾向于采用線性解決方案，然而線性解決方案會以熱的形式損失更多能耗。對于線性充電系統(tǒng)來說，恒流充電的容差變得極為重要。如果穩(wěn)壓容差太大，傳輸晶體管和其他元器件都需要更大體積，從而增加尺寸和成本。此外，如果恒流充電電流過小，整個充電周期將會延長。

　　輸出電壓的穩(wěn)定精度

　　為了盡可能地充分利用電池容量，輸出電壓穩(wěn)壓精度非常關(guān)鍵。輸出電壓精度的小幅度下降也會導(dǎo)致電池容量的大幅減少。然而出于安全和可靠性方面的考慮，輸出電壓也不能隨意設(shè)置得過高。圖2顯示出了輸出電壓穩(wěn)定精度的重要性。

　　充電終止方法

　　毋庸置疑，過充始終是鋰離子電池充電的心頭大患。準(zhǔn)確的充電終止方法對于安全可靠的充電系統(tǒng)來說非常關(guān)鍵。

　　電池溫度監(jiān)控

　　一般情況下，鋰離子電池充電時(shí)的溫度范圍應(yīng)當(dāng)在0℃至45℃。在此溫度范圍之外對電池充電會導(dǎo)致電池過熱。在充電周期中，電池內(nèi)的壓力上升還會導(dǎo)致電池膨脹。溫度與壓力直接相關(guān)。隨著溫度上升，壓力也會過大，這可能會導(dǎo)致電池內(nèi)部的機(jī)械破裂或材料泄漏，嚴(yán)重時(shí)還有可能導(dǎo)致爆炸。在此溫度范圍之外對電池充電還會損害電池的性能，或縮短電池的預(yù)期壽命。

　　通常鋰離子電池包內(nèi)都采用了熱敏電阻來準(zhǔn)確測量電池溫度。充電器檢測熱敏電阻的阻值，當(dāng)阻值超出規(guī)定工作范圍，即溫度超過規(guī)定范圍時(shí)，充電被禁止。

　　電池放電電流或反向泄漏電流

　　在許多應(yīng)用中，即使輸入電源不存在，充電系統(tǒng)仍然與電池相連。充電系統(tǒng)必須保證輸入電源不存在時(shí)，從電池汲取的電流極小。最大泄漏電流應(yīng)當(dāng)小于幾個微安，通常應(yīng)小于一個微安。

　　鋰離子充電——應(yīng)用實(shí)例

　　將以上幾點(diǎn)系統(tǒng)注意事項(xiàng)事先充分考慮，就能開發(fā)出適合的充電管理系統(tǒng)。

　　線性解決方案

　　當(dāng)存在穩(wěn)壓良好的輸入電源時(shí)，通常采用線性充電解決方案。在此類應(yīng)用中，線性解決方案的優(yōu)點(diǎn)包括易用、尺寸小以及成本低。由于線性充電解決方案效率低，因此影響設(shè)計(jì)的最重要因素就是散熱設(shè)計(jì)。散熱設(shè)計(jì)是輸入電壓、充電電流以及傳輸晶體管和環(huán)境冷卻空氣間的熱阻。最糟的情況是器件從涓流充電階段向恒流充電階段轉(zhuǎn)換時(shí)，在此情況下，傳輸晶體管必須散發(fā)最大的熱能，必須在充電電流、系統(tǒng)尺寸、成本和散熱要求之間進(jìn)行權(quán)衡。

　　例如，應(yīng)用中需要利用一個5V±5%的輸入電源以0.5C或1C的恒定電流對一個1000mAh的單節(jié)鋰離子電池充電。圖3顯示了如何利用Microchip的MCP73843構(gòu)成一個低成本的獨(dú)立解決方案，只需要極少量的外部元器件，就可以實(shí)現(xiàn)所需要的充電算法。MCP73843完美地結(jié)合了高精度恒流充電、恒壓穩(wěn)壓以及自動充電終止等功能。

　　為進(jìn)一步減小線性解決方案的尺寸、降低其成本和復(fù)雜性，許多外部元器件都可以集成到充電管理控制器中。先進(jìn)的封裝可以提供更高的集成度，當(dāng)然也會犧牲一定的靈活性。此類封裝需要先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，許多情況下避免了返工。通常會集成充電電流檢測、傳輸晶體管以及反向放電保護(hù)。此外此類充電管理控制器還會實(shí)現(xiàn)一定的熱調(diào)節(jié)功能。熱調(diào)節(jié)功能可根據(jù)器件管芯溫度來限制充電電流，從而可在保證器件可靠性的情況下優(yōu)化充電周期時(shí)間，熱調(diào)節(jié)功能大大降低了散熱設(shè)計(jì)的工作量。

　　基于MicrochipMCP73861的全集成線性解決方案如圖4所示。MCP73861包含了MCP73843的所有功能，另外還包括電流檢測、傳輸晶體管、反向放電保護(hù)以及電池溫度監(jiān)測。

　　充電周期波形

　　利用MCP73843在1C和0.5C恒流充電速率下的整個充電周期如圖5。以0.5C而不是1C速率充電時(shí)，充電結(jié)束的時(shí)間大約晚了一個小時(shí)。MCP73843在快速充電過程中會按充電電流成比例地縮減充電終止電流。結(jié)果是充電時(shí)間延長36%，好處則是電池容量增加2%，同時(shí)還減少了功率損耗。充電終止電流從0.07C降到0.035C，使得最終電池容量從~98%增長到~100%。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須在充電時(shí)間、功率損耗和可用電池容量之間進(jìn)行權(quán)衡。

　　開關(guān)式充電解決方案

　　輸入電壓波動范圍寬或輸入輸出電壓差大的應(yīng)用通常采用開關(guān)式充電解決方案。此類應(yīng)用中，開關(guān)式解決方案的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在可以提高效率，缺點(diǎn)則是系統(tǒng)復(fù)雜、尺寸相對較大且成本較高。例如應(yīng)用中需要利用汽車適配器以0.5C或1C的恒定電流對一個2200mAh的單節(jié)鋰離子電池充電，由于散熱等問題，利用線性解決方案實(shí)現(xiàn)極為困難，當(dāng)然也可以采用支持熱調(diào)節(jié)的線性解決方案，但降低充電電流造成的充電周期延長是無法接受的。

　　成功設(shè)計(jì)開關(guān)式充電解決方案的第一步是選擇設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)：降壓式、升壓式、升/降壓式、反激式、單端初級電感式（SEPIC）或者其他形式。根據(jù)輸入和輸出要求以及經(jīng)驗(yàn)，可以迅速將適用于該應(yīng)用的選擇范圍縮小為兩種結(jié)構(gòu)：降壓式還是SEPIC式。降壓式轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是僅需要一個電感，而缺點(diǎn)是需要額外的二極管用于反向放電保護(hù)、高端柵極驅(qū)動和電流檢測，以及脈沖式輸入電流（會導(dǎo)致EMI）。SEPIC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是低端柵極驅(qū)動和電流檢測、持續(xù)輸入電流以及輸入和輸出間的直流隔離，其主要缺點(diǎn)是需要兩個電感和一個能量傳輸電容。

　　MCP1630是一款可配合單片機(jī)使用的高速脈寬調(diào)制器(PWM)，配合單片機(jī)，MCP1630可控制電源系統(tǒng)占空比，提供輸出電壓或電流穩(wěn)定功能。PIC16F684單片機(jī)可用于輸出穩(wěn)壓或穩(wěn)流，以及開關(guān)頻率和最大占空比的調(diào)整。MCP1630產(chǎn)生占空比，并可根據(jù)不同外部輸入提供快速過流保護(hù)。外部信號包括輸入振蕩器、參考電壓、反饋電壓和電流檢測。輸出信號是一個方波脈沖。充電器采用的電源結(jié)構(gòu)是SEPIC。單片機(jī)提供了極大的設(shè)計(jì)靈活性。此外單片機(jī)還可以與電池包內(nèi)的電池監(jiān)控器（Microchip的PS700）通信，從而大大縮短充電周期時(shí)間。

　　充電周期波形

　　利用開關(guān)式充電解決方案的整個充電周期如圖6所示。通過在充電系統(tǒng)中采用電池監(jiān)控器，可以大大縮短充電周期，使用電池監(jiān)控器就不必再檢測電池包保護(hù)電路兩端的電壓以及充電電流的接觸電阻。

　　結(jié)論

　　在目前的便攜式產(chǎn)品中，要正確地實(shí)現(xiàn)電池充電需要仔細(xì)地設(shè)計(jì)考慮。本文討論了鋰離子電池的線性和開關(guān)式充電解決方案，本文所探討的指導(dǎo)原則和設(shè)計(jì)考慮要素，實(shí)際上也是所有電池充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)都需要考慮的。