【導讀】鋰離子（Li-ion）電池之父John B.Goodenough因其開拓性工作於2019年(nian)獲(huo)得(de)諾(nuo)貝(bei)爾(er)化(hua)學(xue)獎(jiang)，從(cong)而(er)成(cheng)為(wei)年(nian)齡(ling)最(zui)大(da)的(de)諾(nuo)貝(bei)爾(er)獎(jiang)獲(huo)得(de)者(zhe)。如(ru)今(jin)，鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)已(yi)被(bei)用(yong)於(yu)人(ren)們(men)生(sheng)活(huo)的(de)各(ge)個(ge)方(fang)麵(mian)

，它(ta)們(men)讓(rang)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)輕(qing)巧(qiao)耐(nai)用(yong)。例(li)如(ru)，大(da)多(duo)數(shu)手(shou)機(ji)都(dou)依(yi)靠(kao)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)實(shi)現(xian)長(chang)時(shi)間(jian)運(yun)行(xing)、便攜性和方便的充電。

因此
，有效地對鋰離子電池充電以實現最大使用率，這一點非常重要。

如何給鋰離子電池充電

首先，讓我們分析一下鋰離子電池的充電過程。其充電過程可分為四個不同的階段：涓流電流充電、預充電、恒流充電和恒壓充電。圖1顯示了典型鋰離子電池的充電曲線。

圖1：鋰離子電池充電曲線

看起來似乎很簡單，實際上在選擇電池充電解決方案時需要考慮很多參數。圖2顯示了選擇方案時的四個主要注意事項。

圖2：電池充電器設計–關鍵注意事項

下麵將詳細介紹這些注意事項：

拓撲

電池充電器係統設計人員必須根據輸入電壓範圍


、電池配置、充電電流和其他係統級優先級來選擇拓撲（參見圖3）。

圖3：電池充電器拓撲

例如，大多數便攜式設備都通過USB端口充電。USB有兩種主要類型：

•USB Type-A: 通常5V@1.5A最大
，但可以支持快速充電和其他標準高達12V；

•USB Type-C: 5V@3A最大，但如果支持USB-PD，這可以增加到20V@5A

如果設備通過USB端口充電，則必須始終支持5V工作電壓。舉例來說，對於串聯電池（最大VBATT≥8.4V），請使用升壓或降壓-升壓拓撲。如果設備不是通過USB端口充電，則建議采用降壓拓撲，因為輸入電壓始終超過電池電壓。

環路控製

電池管理IC的主要挑戰是具有多個控製環路。他們不僅要管理輸入電壓和電流
，還必須管理係統功率

、電池充電電流和電壓、電池溫度以及其他參數（參見圖4）。例如，係統經常需要根據電池溫度來調節電池充電電流。

圖4：電池充電器IC中的各種控製環路

電源路徑管理

電dian源yuan路lu徑jing管guan理li控kong製zhi環huan路lu根gen據ju輸shu入ru源yuan的de電dian流liu能neng力li和he係xi統tong負fu載zai的de電dian流liu要yao求qiu動dong態tai調tiao整zheng電dian池chi充chong電dian電dian流liu。這zhe樣yang可ke確que保bao係xi統tong在zai使shi用yong過guo量liang電dian荷he為wei電dian池chi充chong電dian時shi接jie收shou到dao所suo需xu的de電dian流liu。

圖5：電池充電器係統架構

電池充電器根據其特性分為三種典型的架構。

第一種為電源直供
，架構將電池直接連接到係統電源，它要求電池電壓達到最小係統電壓才能工作。

第二種稱為旁路模式，它采用外部開關來管理電池充電和係統路徑。

第三種架構為NVDC電源路徑管理。與前兩種架構相比，它具有以下優點，因此更常用：

•最小係統電壓調節使用低壓電池可瞬間啟動

•係統始終跟隨電池電壓

，以減小係統各部件的電壓應力。

•當輸入功率有限時，電池可以作為係統的補充。

•係統可以從電池斷開
，以支持運輸模式

圖6顯示了NVDC充電器的充電曲線。

圖6：帶NVDC功能的鋰離子電池充電曲線

當電池電壓相對較低時
，係統電壓被調節至最低工作點（圖6中的VSYS_REG_MIN）。當電池電壓接近VSYS_REG_MIN時

，電池電壓和係統電壓會彼此緊密跟蹤。因此
，無論電池狀態如何，係統電壓總是保持在一個窄範圍內。圖7顯示了實際應用中的曲線圖。

圖7：典型充電曲線（工作條件：V_IN = 16V, V_BATT 從0V開始爬升， ICHG = 1.84A, I_SYS = 1A)

反向工作

上麵討論的電池充電器操作均使用輸入源為電池充電或為係統供電。實際上還可以反向操作，如USB On-the-Go（OTG）功能。具有USB OTG功能的電池充電器允許設備的內部電池通過設備輸入端口為設備供電。

MP2731電池充電IC

當應用需要NVDC電源路徑管理和OTG功能時，MPS提供的MP2731電池充電器IC可以完全滿足需求（見圖8）。

圖8：MP2731原理圖和主要特性

MP2731是一款全集成電池充電器，它支持上述的充電模式，並具有高效率和出色的散熱性能。

圖9：高效率和散熱性能

隨著鋰離子電池越來越多地應用於現代電器和係統中，不斷評估使它們更高效、更具成本效益變得更加重要。在眾多的架構和充電器選擇中
，MPS的MP2731等產品可以幫助您簡化設計流程。

來源：MPS

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