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作者: Frank Zhou 手機的鋰離子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，須掌握鋰離子電池的相關規格和特性，并使用具備完善電池檢測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，鋰離子電池會有電性安全的范圍限制。由于鋰離子電池的特性，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，避免電池因過充電造成電池損毀而產生危險；電池供電(放電)時，電池電壓如果降至最低設定電壓以下便要停止放電，避免因過放電而降低使用壽命。此外，為確保電池使用上的安全，鋰離子電池還必須要加裝短路保護，以避免發生危險。 
本文以帝奧微電子一款開關充電芯片DIO5425為例，詳細探討關于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/DC Source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。
圖1：DIO5425參考設計電路 鋰離子電池充電管理芯片必須具備以下幾點特性： 可提供固定電流給充電電池 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，如此可避免對電池過度充電，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。 確保電池具備可使用電壓 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，為避免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 因鋰離子電池的特性，若鋰離子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CC Charge，電池電壓持續上升。 當電池充電電壓上升至接近鋰離子電池的飽和點電壓約4.2伏特時，充電器改以CV Charge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定時間，充電器仍然操作于Pre-Charge模式而未進入CC Charge模式，或者仍然操作于CC/CV Charge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，詳細介紹鋰電池充電過程，下圖是鋰電池充電時序以及詳細的參數介紹。
圖2：鋰離子電池充電曲線圖 Trickle Charge or Pre-Charge 此時的鋰離子電池電壓小于3伏特(V)，當充電器開始對電池充電時，因鋰離子電池的特性，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，此時電池電壓持續上升。 定電流充電(Constant Current Charge, CC Charge) 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，此時電池電壓持續上升。 定電壓充電(Constant Voltage Charge, CV Charge) 當電池充電電壓上升至接近鋰離子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。 Charge Full 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，為避免電池過度放電導致電池電壓下降，電源IC在鋰離子電池電壓降至4伏特時，會重新開始對電池進行CC Charge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AE Team會在下一期繼續和您探討關于智能手機鋰電池充電管理方案。 |
