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1、线性锂离子电池充电器的整体结构设计锂离子和锂聚合物电池具有电压高、无记忆效应、温度范围宽、自放电率低及比能量高优点。使其能够较好地满足便携式设备对电源小型化、轻量化、长时间和长循环寿命以及对环境无害等要求，同时随着锂离子电池产量的提高，成本的降低，锂离子电池以其卓越的高性价比优势在便携式设备电源上取得了主导地位，这也使得锂离子电池充电器得到了巨大的发展和广阔的市场。本文设计一款针对单节锂电池的线性充电器IC.该IC采用涓流-恒流-恒压三阶段充电法对充电过程进行控制。整体结构设计方法1锂离子电池充电器的整体功能模块图。这些子模块包括。基准电压源、基准电流源、欠压闭锁模块、恒流充电放大器、恒压充电
2、放大器、智能热调整放大器、钳位放大器、振荡器、计数器、电池温度保护模块、功率管衬底保护模块、逻辑模块以及多个比较器模块。锂离子电池充电器的整体功能模块图考虑芯片的实际应用，本文设计的锂离子电池充电器具有以下几个特点：（1）芯片的温度保护方面在充电过程中，当电池的电压达到涓流充电跳变电压门限而进入恒流阶段时，恒流阶段为大电流充电，由于本文的功率管为PMOS，在负载电池和电源之间只有该功率管，此时电池电压较低，芯片功率耗散达到最大。其功率耗散为：P=（Vcc-VBAT）Icc（1）大功率耗散将导致芯片的温度急剧上升，因此设置了一个智能的热反馈回路。当芯片温度上升到热反馈温度点105时，启动热反馈回
3、路，使芯片温度维持在105。当电池电压进一步升高时，由式（1）可知，功率耗散逐渐降低，在较小的功率耗散下，芯片的温度会逐渐降低。此时退出智能热调整模式，进入恒流充电模式，使用大电流Icc对电池充电，或者直接进入恒压充电阶段。该热反馈回路的使用，使充电的速率最大化，同时用户无需担心芯片的温度过高。（2）成本方面。本文介绍的芯片采用CMOS工艺设计，成本低，工艺易于实现。（3）与用户的交互式管理方面。芯片提供了多个外部用户编程引脚以方便用户对芯片的管理和使用。在充电电流的控制方面，用户可以通过连接1只电阻至芯片一个引脚对充电电流进行编程；在充电最终电压的控制方面，用户可通过将芯片的一个引脚接高电平
4、或低电平来设置最终充电电压为4.1V或4.zV，以适应对使用不同的负极材料的锂离子电池进行充电；在充电时间的控制上，用户可通过连接1只电容至芯片1个引脚对充电时间进行编程，满足用户不同的充电时间要求。芯片设计预计达到的特性和参数见表1.芯片引脚的外部连接，CHRG，FAULT，ACPR三引脚分别与一个1k的电阻以及一个发光二极管相连，用于指示芯片的充电状态；4.7F电容为电源Vcc的旁路电容，在电池BAT引脚处接有一个ESR为1的1F旁路电容，用于在没有电池时，将纹波电压保持在低水平。NTC引脚处，一个10k的负温度系数的电阻RNTC与4k电阻相串连，将RNTC上的分压作为NTC引脚的输入。芯
5、片引脚的外部连接2线性锂离子电池充电器的整体仿真结果仿真中，为缩短仿真时间，将电池等效为一个大电容CBAT，其等效串连电阻为RESR.2为对预设定的充电器芯片特性参数表仿真后得到的结果。为缩短仿真时间，电池预设的电压为2.3V，以便充电过程能够迅速地由涓流充电模式过渡到恒流充电模式。在仿真中，RPROG的值设置为3k，涓流充电电流为50mA，恒流充电电流为500mA;SEL引脚接地电位，电池的最终充电电压为4.1V.可以知，在各种条件下，充电器都能正常。在图4中充电的过程与温度的关系曲线中，当温度为125时，充电电流为零，这是由于芯片中的智能热调整温度Tc是105，智能热调整电路正常运行使芯片
6、的充电电流在125时降至零，电池的电压一直维持在2.3V.充电器充电电流和智能热调整波形图充电器充电电流和智能热调整波形图，当芯片的温度达到105附近时，智能热调整电路自动启动，减小充电电流。以降低芯片的功耗。最坏情况下电池最终充电电压仿真数据为确保即使在最坏情况下，锂离子电池最终充电电压达到要求，对全电路进行了电阻的所有cornerRES_TT，RES_FF，RES_SS与MOSFET的所有cornerTT，FF，FS，SF，SS的交叉仿真，仿真后电池最终充电电压的典型情况与最差情况。其中，在基准电压2.485V未进行微调情况下仿真得到的结果，在对基准电压2.485V微调后得到的仿真结果。由
7、仿真结果可知电池的最终充电电压的仿真结果符合设计要求其精度如下：（1）VREF微调后，SEL=0或Vcc时，VBAT可控制在4.1V或4.2（10.4%）V.（2）VREF不进行微调时，SEL=0或VCC时，VBAT可控制在4.1V或4.2（10.8%）V.电池保养常识：1记忆效应镍氢充电电池上常见的现象。具体表现就是：如果长期不充满电就开始使用电池的话，电池的电量就会明显下降，就算以后想充满也充不满了。所以保养镍氢电池的重要方式就是：电必须用完了才能开始充电，充满了电了才允许投入使用。现在常用的锂电池的记忆效应是可以小到忽略不计的。2完全充电，完全放电是针对锂电池来说的。完全放电就是指把用电
8、智能设备，如手机，调整到最低功率状态耗去电量直到手机自动关机的过程。完全充电就是指把完全放电的用电智能设备，如手机，接到充电器上直到手机上提示“充满”的过程。3过度放电是针对锂电池来说的。完全放电后锂电池内部还会留有少量电量，但这部分电量对于锂电池的活性和寿命至关重要。过度放电：完全放电后，如果继续采用其它方式，如：强行再次开启手机、电池接小灯泡耗费残留电量的话，这叫过度放电，会对锂电池造成不可逆转的伤害。4保护芯片锂电池对充放电时对接入的电流电压有极为严格的要求，为了保护电池不因为外界电环境失常而损坏，电池本体内部会设置管理电池状态的芯片。这个芯片同时还有记录电池容量，校正电池容量的功能。现
9、在，就算是山寨手机电池也是不会节省这个关键的保护芯片的，不然山寨手机电池根本不可能用很久。5过冲过放保护电路用电智能设备内置的全面管理电池的芯片及电路。比如手机上，就有这样的电路，大概功能如下：6电时，提供最合适的电压电流给电池。在合适的时机停止充电。7充电时，时刻检查电池残留电量，在合适的时机命令手机关机，防止过度放电。8开机时，检查电池是否已被完全放电，如果已被完全放电，则提示用户充电，然后关机。9避免电池或充电线电力异常，发现异常时断开电路，保护手机。10过度充电：是针对锂电池来说的。正常情况下，锂电池充到一定电压（也就是充满）就会被上级电路截断充电电流，但由于某些设备内置的过冲过放保护
10、电路的电压电流参数不同（如手机电池座充），导致虽已充满，但还未停止充电的现象。过度充电也会导致电池性能伤害。11激活锂电池长期（三个月以上）不使用，会产生电极材料钝化，电池性能下降，可以采用三次完全充电、完全放电来解除纯化，发挥出电池的最高性能。二、常见错误观点：1首先使用必须进行完全放电，然后进行完全充电，重复三次，以便于激活电池。否则电池就永远都不好用了！解答：如果实在闲的没事做，这么做可以，但不是必须的，因为激活操作不是必须放在第一次使用就做的。只要随着不断的使用,电极钝化无需刻意激活也可以慢慢消失。2，充电时不要使用手机，对电池有害，也会产生超大量辐射伤害人体。解答：充电时使用手机是否
11、对电池有害要根据情况来说（本文后会说明），但是有一点可以确定的是，充电时使用手机绝对不会产生比平时使用手机多的辐射。锂电池在寿命周期内只能充放电XXX次，所以每次用就尽量用到自动关机，每次充就尽量充到满电。第一个子句是对的，后面是错的。这个次数中的每一次，都是指完整的一次，比如从20%充电到30%停止充电，这个只算是1/10次，从80%放电到60%,只能算是1/5次。前三次充电必须达到12小时，否则就影响电池性能。如果是为了激活电池，只需要手机提示充满电就已经足够，一般手机，都会在5小时内提示充满，完成后如果继续接着充电器，过冲过放保护电路会截断手机的充电电流。之后电池就处于不状态，和充满后马
12、上拨除充电线的效果是一样的。前三次充电必须达到12小时是针对镍氢充电电池来说的，结果被很多厂家习惯性地、无知地写在锂电池用户手册上，没文化真可怕。国际大厂，如戴尔，联想，华硕，apple的产品上是绝对不会出现“12小时”这样的文字的。而且对于锂电池来说，这是共性，也是原理的一部分，不可能有的厂家生产的需要12小时，有的厂家的不需要。需要注意的是，如果采用座充，由于绝大部分座充达不到官方线充的最高电流，充电时间可能会超过6小时，但只要充满电，坐充也会自动断电，和用线充是一样的。充满电了就最好马上拨除充电线，防止过充。过冲过放保护电路不是吃素的，OK！如果发生过充，多半是因为过冲过放保护电路损坏，
13、但以现在的电子产品工艺和抗压能力来说,这概率实在低到不行，不必提心吊胆。手机一旦开始提示用户充电，就一定要马上充电，或者马上关机，避免过放。过冲过放保护电路不是吃素的，OK！这个电路会在必要的时候（也就是过放之前）强制关机，不会损坏电池的。手机的提示是为了让用户提前知道，以提前做好处理或者心理准备。需要注意的是，如果手机已经自动关机就千万不能为了打个电话而强行开机了，因为很有可能造成过放，而且由于保护的存在，开机未完成前多半会被过冲过放保护电路强行断电。三、正确地使用1新出厂的电池：无需任何处理，如激活等，可直接投入正常使用。2闲置不长时间的电池（三个月内）：无需任何处理（如激活等），可直接投
14、入正常使用。3置较长时间的电池（三个月以上）：可做激活处理，使得电池活性达到最高，也可不做，使其随着正常使用自然恢复到最高活性。4子产品的评测人员，为了保证对电池续航时间的正确统计，有必要在测试前进行激活处理。5锂电池正常充电方法：随时充电，并可随时停止充电，不要有所顾忌。这点是锂电池的重要优点-无记忆效应决定的，请正视这个优点，并让您的锂电尽量展现它的这个重要优点。四、中的锂电池最怕什么1100以上高温会严重影响电池寿命和储电能力，并可能成造成电池熔化，或爆炸。所以，请让锂电池远离火源及其它热源。25到100高温是的，你没有看错，从35开始（人体温一般为36.2-37.2）电池寿命就开始被温
15、度明显影响，温度越高，影响越大。锂电池的设计寿命最少也有400次完全充放电，按手机平均每三天充一次电来算，一块电池应该至少能用三年半。但绝大多数电池都没有能活那么久，很大部分的原因是因为电池被人的体温影响，另一部分原因是因为被手机其它芯片发热所影响。为什么笔记本电脑的电池为怎么总感觉没有手机的耐用，那是因为：其一、笔记本电脑发热比手机多的多，电脑芯片的热量很容易传导到电池上，超过40轻轻松。其二、为了更快的充电，笔记本充电电流一般较高，电池容量大，充电放电电池本身也会发热。其三、电池一般位于下面板处，更不容易散热。再，如果您的设备在使用中会产生更大的热量，如手机长时间打电话，手机玩大型游戏，笔记本电脑玩游戏，并且这个热量会传导到电池上，加上充电时电池本身的发热，虽然不会产生安全风险，但也会影响到电池。所以如果，发现充电使用中的设备发热明显（如iphone手机边充电边玩3D游戏），则可以考虑先等充满电了，再连着充电线玩。3-40低温以下会到达冰点彻底冻坏。410到-40低温会降低电池续航能力，但不会对电池造成永久伤害，只要温度回到室温，电量又会自动恢复回来。五、闲置中的锂电池最怕什么：135以上高温，和中锂电相同。2满电后闲置，电池老化的比平时更快。3分放电后闲置，电池闲置过程中会自放电，充分放电后电池自放电会造成过放。4-40低温以下，会到达冰
