電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
手機的鋰電池充電安全性日益受到消費者重視，因此智能手機制造商在設計產品時，須掌握鋰電池的相關規格和特性，并使用具備完善電池測試及保護功能的充電芯片，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，鋰電池會有電性安全的范圍限制。由于鋰電池的特性，當電池電壓在充電時上升到最高設定電壓后，要立即停止充電，戒備電池因過充電造成電池損毀而出現危險;電池供電(放電)時，電池電壓倘若降至最低設定電壓以下便要停止放電，戒備因過放電而降低使用壽命。此外，為確保電池使用上的安全，鋰電池還非得要加裝短路保護，以戒備發生危險。
本文以帝奧微電子一款開關充電芯片DIO5425為例，具體探討有關智能手機充電管理的系統級設計。DIO5425部署于手機電源輸入接口：USB/DCSource之后，通過開關轉換可以將輸入電流同時用于手機系統供電和電池充電。DIO5425具有優秀的充電管理功能和鋰電池保護功能，支持USB2.0和USB3.0協議。DIO5425具有智能電源路徑管理功能。
Figure.1DIO5425參考設計電路
鋰電池充電管理芯片非得具備以下幾點特性：
當電池電壓到達最大值且不再上升時，其充電電流便會開始下降，如此可戒備對電池過度充電，造成電池損傷;當充電電流降至一定程度時，充電器將停止充電。
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，為戒備電池過度自放電導致電池電壓下降，當電池電壓低于所設定電壓時，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
因鋰電池的特性，若鋰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行pre-Charge充電(各家廠商設定值不同，本文使用范例的充電IC設定值約為10%的最大充電電流)，充電時電池電壓上升。
當電池電壓上升至約3伏特，充電器改以最大充電電流對電池進行CCCharge，電池電壓繼續上升。
當電池充電電壓上升至接近鋰電池的飽和點電壓約4.2伏特時，充電器改以CVCharge對電池進行充電，此時充電電流開始下降，當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電源轉換器(Adapter)輸入電源對電池充電，當電池開始充電后，若充電時間超過其設按時間，充電器依然操作于pre-Charge模式而未進入CCCharge模式，或者依然操作于CC/CVCharge模式而未進入充電完成狀態，則透過IC的充電計時保護功能使充電器停止對電池充電。
以DIO5425為例，具體解析鋰電池充電過程，下圖是鋰電池充電時序以及具體的參數解析
Figure.2鋰電池充電曲線圖
此時的鋰電池電壓小于3伏特(V)，當充電器開始對電池充電時，因鋰電池的特性，其內部阻抗會很大，故充電器會先以一微小電流對電池進行充電，此時電池電壓繼續上升。
當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行定電流充電，此時電池電壓繼續上升。
當電池充電電壓上升至接近鋰電池的飽和點電壓約4.2伏特時，充電器改以定電壓模式對電池進行充電，此時充電電流開始下降。
當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，為戒備電池過度放電導致電池電壓下降，電源IC在鋰電池電壓降至4伏特時，會重新開始對電池進行CCCharge模式充電，確保電池在使用時還能維持一定電壓。
結束語
開關型鋰電池充電管理芯片除了嚴格的充電管理時序外，還具有充電狀態指示、充電時間控制、NTC指示(熱敏電阻維持電池溫度安全)、自動復充等一系列保證性能和安全保護的功能，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AETeam會在下一期持續和您探討有關智能手機鋰電池充電管理辦法。
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