手機應急充電器充電電路的設計

當前，隨著(zhù)社會(huì )和經(jīng)濟的發(fā)展，手機已成為了人們的生活必需品。而且，為了滿(mǎn)足消費者的更高需求，當今的手機越來(lái)越薄，功能卻在繼續多樣化，這些都對電池的供電都提出了新的要求。因此，如何設計功能強，性能優(yōu)越的充電電路就變得非常重要。
　　
電路功能
根據設計目標的需求分析，該電路能夠滿(mǎn)足如下功能：
● 內置儲能鋰電池，可以在平時(shí)充好電以備應急時(shí)用。
● 有充電顯示功能，可選擇“充電（CH）”、“待機（OFF）”兩個(gè)功能位。
● 集快充、方波充、涓流充、溫度自動(dòng)監控于一體。

電路的設計與實(shí)現
1 電路設計思想
從手機鋰離子二次電池的恒流／恒壓充電控制出發(fā)，用220V 交流電通過(guò)配置的內置儲能鋰電池對手機鋰離子電池充電。電路的具體工作流程如圖1所示。

圖1 工作流程圖

2 電路設計方案
① 充電芯片的工作原理和特點(diǎn)
充電芯片選用美信半導體公司的鋰電池充電芯片，這款充電芯片具有很強的充電控制特性，可外接限流型充電電源和P溝道場(chǎng)效應管，能對單節鋰電池進(jìn)行安全有效的快充。其最大特點(diǎn)是在不使用電感的情況下仍能做到很低的功率耗散，且充電控制精度達0.75％；可以實(shí)現預充電；具有過(guò)壓保護和溫度保護功能，其浮充方式能夠充至最大電池容量。

當充電電源和電池在正常的工作溫度范圍內時(shí)，接通電源將啟動(dòng)一次充電過(guò)程。充電結束的條件是平均的脈沖充電電流達到快充電流的1％，或時(shí)間超出片上預置的充電時(shí)間。所選用的充電芯片能夠自動(dòng)檢測充電電源，在沒(méi)有電源時(shí)自動(dòng)關(guān)斷以減少電池的漏電。啟動(dòng)快充后打開(kāi)外接的P型場(chǎng)效應管，當檢測到電池電壓達到設定的門(mén)限時(shí)進(jìn)入脈沖充電方式，充電結束時(shí)，外接LED指示燈將會(huì )進(jìn)行閃爍提示。

② 該電路工作原理
產(chǎn)品內置儲能電池的充電及保護電路原理如圖2所示。

圖2 Wealth―Ⅰ內置儲能電池的充電及其保護電路原理圖

其中包括：LED顯示、熱敏電阻，電流反向保護。ADJ引腳通過(guò)10kΩ的電阻與內部1.4V的精密基準源相連接，當ADJ對地沒(méi)有連接電阻時(shí)，電池充電電壓閾值為缺省值：VBR＝4.2V；當需要自行設置充電閾值時(shí)，可在A(yíng)DJ引腳與GND間接一精度為1％的電阻RADJ，阻值由式(1)確定：
RADJ＝10kΩ/(VBR/VBRC-1) (1)
由圖3可知，充電閾值為4.1V，可得RADJ＝410kΩ。電阻精度為1％時(shí)，產(chǎn)生得系統誤差為0.024％。
TSEL管腳接BATT、ADJ或GND將得到不同的快充時(shí)間和全部充電時(shí)間。TESL管腳接BATT時(shí)快充時(shí)間為55分鐘，全部充電時(shí)間為2.8小時(shí)；TSEL接ADJ時(shí)快充時(shí)間為75分鐘，整個(gè)充電時(shí)間為3.75小時(shí)；TSEL接GND時(shí)快充時(shí)間沒(méi)有限制，整個(gè)充電時(shí)間為6.25小時(shí)。充電電流的限制可以采用限流電阻的方法解決。

電路工作流程如下。
① 初始化充電周期
充電芯片檢測到電池和充電電源后將初始化充電周期，充電結束后，如檢測到電池電壓低于3.89V或THERM引腳電壓高于1.4V將重新充電。允許快充的條件是電池電壓大于2.5V且小于充電閾值電壓（默認值是4.2V），且溫度范圍為2.5～47.5℃。如果溫度范圍不符，充電芯片將處于用5mA的電流預充，防止深度放電的鋰離子電池在快充時(shí)損壞甚至發(fā)生危險。

②快充過(guò)程
快充開(kāi)始后，充電芯片打開(kāi)外接的P溝道場(chǎng)效應管，充電電流大小由外部限流型充電電源決定。由于P溝道場(chǎng)效應管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并非線(xiàn)性穩壓器，所以功耗極小?？斐浣Y束的條件是電池電壓達到閾值（由ADJ引腳調節），充電時(shí)間達到預定的快充時(shí)間或溫度超出安全范圍。溫度超出工作范圍時(shí)快充只是暫停，當溫度恢復后快充將持續進(jìn)行。

③脈沖充電過(guò)程
多數情況下，充電電池達到閾值后便會(huì )結束快充過(guò)程而進(jìn)入脈沖充電過(guò)程。充電芯片每隔2ms檢測一次電池電壓，電池電壓小于閾值時(shí)，外部P溝道場(chǎng)效應管導通；電池電壓大于等于閾值時(shí)，P溝道場(chǎng)效應管斷開(kāi)；脈沖充電過(guò)程接近結束時(shí)，P溝道場(chǎng)效應管的斷開(kāi)時(shí)間大大超過(guò)接通時(shí)間，達到TSEL管腳設置的周期比（1/64，1/128，1/256）后脈沖充電過(guò)程結束。