​充电器IC的主要功能与特点和充电器IC电路的设计

​充电器IC的主要功能与特点和充电器IC电路的设计

充电器IC的主要功能与特点

        锂电池充电器IC采用以恒流恒压法为基础的三阶段充电法，即将充电过程分为3个阶段：涓流充电、恒流充电和恒压充电。

        涓流充电阶段采用小电流对电池进行充电，充电电流一般设为恒流模式的10%，其主要目的是在电池过放电时，激活电池内部被过放电的单元，对电池起保护作用；恒流阶段采用较大的恒定电流对电池充电，实现对电池快速充电的目的； 在电池电压上升到4.1V以后进入恒压充电阶段，此阶段采用恒压模式对电池继续充电，确保电池充满。这种充电算法不仅实现了充电总电荷量，同时还有效地缩短了充电时间。

        本IC的一个主要特点是高适应性，可兼容多种类型的适配器和USB端口对锂电池充电。现在市面上的充电器还主要使用电压型AC适配器，但随着近几年USB端口的广泛使用，将USB设计为一种充电类型，会给用户提供更多的选择，这样也就大大提高了充电器的使用范围。尤其关键的是，本IC还可以结合电流限制适配器对锂电池进行充电，当充电过程处于恒流充电阶段时，如果设定的编程充电电流超过适配器的限定值，IC会降低充电电流至适配器的限定值，从而降低了功耗，同时也减少了芯片在恒流充电阶段所面临的过热风险。

充电器IC电路的设计

        首先对芯片加输入电源VIN（接AC适配器或USB端口），并判断VIN是否满足欠压闭锁条件，若满足欠压闭锁条件，系统会处于睡眠状态，一直进行检测，否则，系统进入充电状态。

        充电开始，首先使定时器清零。如果电池电压低于2.8V，则进行涓流充电， 同时开始涓流充电计时；否则，进入快速充电阶段，同时开始快速充电计时，并显示正在进行快速充电。当电池电压达到4.1V的电池设定电压时，会进入恒压充电 阶段，充电电流逐渐减小。当充电电流减小到 IMIN时，结束充电并显示充电完成。 在涓流充电或快速充电过程中，如果定时终止仍然没有结束某一充电过程，就认为电池损坏或出错，此时充电器停止对电池充电并显示出错。

        充电完成后，如果电池电压又降到3.9V以下，则会重新对电池充电，迫使定时器清零。

        我们可以将充电器IC划分为具有一定功能的模块，这样锂电池充电器IC系统需要具备基准电压源、基准电流源、欠压闭锁、振荡器等模块，而且为了保证充电器IC安全可靠的工作，还需要热调整、电池温度保护，以及一些基本放大器和逻辑控制模块。

        其中基准电压模块主要为芯片内部电路提供2.8V的工作电源和一些放大器、 比较器的参考电压；基准电流源模块主要为芯片内部电路提供基准电流；充电基准电流模块主要是编程充电电流的，通过该模块用户可以对充电电流进行设置；欠压 保护模块主要对输入电源电压进行检测；IC温度控制模块主要检测芯片温度，当温度高于设定值时，为电路提供补偿电流，使芯片工作在恒温模式；缓冲器模块主要对恒流和恒压模块输出的电流进行转化处理，来调整充电电流；电池温度保护模块主要对锂电池温度进行检测，使电池充电在允许的温度范围内进行；振荡器模块为电路提供时钟信号，通过外接电容可对充电时间进行控制；数字电路模块主要对各控制信号进行逻辑处理，实现充电过程的智能化管理。此外，为达到芯片的可控性测试，在数字电路中我们增加了片上可测试模块，节省了后期测试的时间与成本， 同时提高了芯片成品率。

充电器IC引脚的功能如下：

1) VIN：电源电压输入脚；

2) GND：地；

3) VBAT：电池连接引脚；

4) V2P8：2.8V 工作电压输出脚，同时可作为电池温度检测电路的电源；

5) IREF：恒定充电电流的编程输入脚；

6) IMIN：充电终止电流的编程输入脚；

7) TEMP：电池温度检测输入脚；

8) TIME：振荡周期设置引脚，用户可通过该引脚电容设置内部时钟频率；

9) FAULT：充电出错输出脚，当充电出现错误时，该引脚被拉低；

10) STATUS：充电状态输出脚，电池正在充电时，该引脚被拉低；

11) TOEN：超时使能输入脚，当该引脚接地时禁止快充模式的超时限制；

12) EN：芯片使能逻辑输入脚，当该引脚接地时，芯片关断。

        电源连接到AC适配器或USB端口，并且接一个1µF的电容进行滤波；外接电容CTIME连接到TIME引脚，通过改变其大小来改变内部振荡频率；RIREF和RIMIN分别接到IREF和IMIN引脚，通过两个电阻可以为恒定充电电流和终止充电电流进行编程；RT电阻为一个负温度系数的热敏电阻，可以对锂电池温度进行监测；D1和D2为两个发光二极管，分别连接至STATUS和FAULT引脚，显示充电状态和是否出错。