手机应急充电器充电电路的设计

当前，随着社会和经济的发展，手机已成为了人们的生活必需品。而且，为了满足消费者的更高需求，当今的手机越来越薄，功能却在继续多样化，这些都对电池的供电都提出了新的要求。因此，如何设计功能强，性能优越的充电电路就变得非常重要。
　　
电路功能
根据设计目标的需求分析，该电路能够满足如下功能：
● 内置储能锂电池，可以在平时充好电以备应急时用。
● 有充电显示功能，可选择“充电（CH）”、“待机（OFF）”两个功能位。
● 集快充、方波充、涓流充、温度自动监控于一体。

电路的设计与实现
1 电路设计思想
从手机锂离子二次电池的恒流／恒压充电控制出发，用220V 交流电通过配置的内置储能锂电池对手机锂离子电池充电。电路的具体工作流程如图1所示。

图1 工作流程图

2 电路设计方案
① 充电芯片的工作原理和特点
充电芯片选用美信半导体公司的锂电池充电芯片，这款充电芯片具有很强的充电控制特性，可外接限流型充电电源和P沟道场效应管，能对单节锂电池进行安全有效的快充。其最大特点是在不使用电感的情况下仍能做到很低的功率耗散，且充电控制精度达0.75％；可以实现预充电；具有过压保护和温度保护功能，其浮充方式能够充至最大电池容量。

当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，接通电源将启动一次充电过程。充电结束的条件是平均的脉冲充电电流达到快充电流的1％，或时间超出片上预置的充电时间。所选用的充电芯片能够自动检测充电电源，在没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后打开外接的P型场效应管，当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，充电结束时，外接LED指示灯将会进行闪烁提示。

② 该电路工作原理
产品内置储能电池的充电及保护电路原理如图2所示。

图2 Wealth―Ⅰ内置储能电池的充电及其保护电路原理图

其中包括：LED显示、热敏电阻，电流反向保护。ADJ引脚通过10kΩ的电阻与内部1.4V的精密基准源相连接，当ADJ对地没有连接电阻时，电池充电电压阈值为缺省值：VBR＝4.2V；当需要自行设置充电阈值时，可在ADJ引脚与GND间接一精度为1％的电阻RADJ，阻值由式(1)确定：
RADJ＝10kΩ/(VBR/VBRC-1) (1)
由图3可知，充电阈值为4.1V，可得RADJ＝410kΩ。电阻精度为1％时，产生得系统误差为0.024％。
TSEL管脚接BATT、ADJ或GND将得到不同的快充时间和全部充电时间。TESL管脚接BATT时快充时间为55分钟，全部充电时间为2.8小时；TSEL接ADJ时快充时间为75分钟，整个充电时间为3.75小时；TSEL接GND时快充时间没有限制，整个充电时间为6.25小时。充电电流的限制可以采用限流电阻的方法解决。

电路工作流程如下。
① 初始化充电周期
充电芯片检测到电池和充电电源后将初始化充电周期，充电结束后，如检测到电池电压低于3.89V或THERM引脚电压高于1.4V将重新充电。允许快充的条件是电池电压大于2.5V且小于充电阈值电压（默认值是4.2V），且温度范围为2.5～47.5℃。如果温度范围不符，充电芯片将处于用5mA的电流预充，防止深度放电的锂离子电池在快充时损坏甚至发生危险。

②快充过程
快充开始后，充电芯片打开外接的P沟道场效应管，充电电流大小由外部限流型充电电源决定。由于P沟道场效应管工作在开关状态，并非线性稳压器，所以功耗极小。快充结束的条件是电池电压达到阈值（由ADJ引脚调节），充电时间达到预定的快充时间或温度超出安全范围。温度超出工作范围时快充只是暂停，当温度恢复后快充将持续进行。

③脉冲充电过程
多数情况下，充电电池达到阈值后便会结束快充过程而进入脉冲充电过程。充电芯片每隔2ms检测一次电池电压，电池电压小于阈值时，外部P沟道场效应管导通；电池电压大于等于阈值时，P沟道场效应管断开；脉冲充电过程接近结束时，P沟道场效应管的断开时间大大超过接通时间，达到TSEL管脚设置的周期比（1/64，1/128，1/256）后脉冲充电过程结束。