約翰·B·古迪納夫（John B. Goodenough）被認為是鋰離子（Li-ion）電池之父，當他因其開創(chuàng)性的工作而于2019年獲得諾貝爾化學獎時，他成為最年長的諾貝爾獎獲得者。如今，鋰離子電池被用于大多數(shù)消費者生活的各個方面，因為它們使電子設備輕巧耐用。例如，大多數(shù)手機依靠鋰離子電池來獲得更長的運行時間，便攜性和方便的充電。 有效地為鋰離子電池充電以最大限度地利用這一點非常重要。
如何為鋰離子電池充電
首先，讓我們分析一下鋰離子電池的充電過程。充電過程可分為四個不同的階段：涓流充電、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 這似乎很簡單，但在選擇電池充電解決方案時需要考慮許多參數(shù)。圖2顯示了選擇解決方案時的四個主要考慮因素。 圖2：電池充電IC設計 – 關(guān)鍵考慮因素 下面將進一步詳細介紹這些注意事項：
拓撲學
電池充電器系統(tǒng)設計人員必須根據(jù)輸入電壓范圍、電池配置、充電電流和其他系統(tǒng)級優(yōu)先級來選擇拓撲結(jié)構(gòu)（見圖3）。
圖3： 電池充電器拓撲 例如，大多數(shù)便攜式設備從USB端口充電。有兩種主要的USB類型：
USB Type-A：通常為5V，最大電流為1.5A，此USB類型可支持高達12V的快速充電（以及其他標準）
USB Type-C：5V/3A最大值。如果支持USB-PD，則可以在5A時將其增加到20V
如果設備通過USB端口充電，則必須始終支持5V工作電壓。例如，對于串聯(lián)電池（最大VBATT≥8.4V），請使用升壓或降壓-升壓拓撲。如果設備不是從USB端口充電，建議使用降壓拓撲，因為輸入電壓始終超過電池電壓。
控制回路
電池管理IC的一個主要挑戰(zhàn)是它們具有多個控制環(huán)路。他們不僅需要管理輸入電壓和電流，還必須管理系統(tǒng)的功率，電池充電電流和電壓，電池溫度和其他參數(shù)（見圖4）。例如，系統(tǒng)通常必須根據(jù)電池溫度調(diào)整電池充電電流。
圖4：電池充電器IC中的各種控制環(huán)路 電源路徑管理
電源路徑管理控制環(huán)路根據(jù)輸入源電流能力和系統(tǒng)負載電流要求動態(tài)調(diào)整電池充電電流。這可確保系統(tǒng)在使用超額電荷為電池充電時接收所需的電流。
圖5： 電池充電器系統(tǒng)架構(gòu) 根據(jù)電池充電器的功能，有三種典型的架構(gòu)。 第一種架構(gòu)將電池直接連接到系統(tǒng)電源，并要求電池電壓達到最低系統(tǒng)電壓才能工作。 第二種是直通方法，它使用外部開關(guān)來管理電池充電和系統(tǒng)路徑。 第三種架構(gòu)是NVDC電源路徑管理，這是一種常見的方法，與前兩種架構(gòu)相比具有以下優(yōu)點：
系統(tǒng)可以立即啟動，即使電池電壓較低
系統(tǒng)電壓緊隨電池電壓，以降低系統(tǒng)組件的電壓應力
當輸入功率受限時，電池可以補充系統(tǒng)
系統(tǒng)可以與電池斷開連接，以支持傳輸模式 圖6顯示了NVDC充電器充電曲線的運行情況。 圖6：具有NVDC特征的鋰離子充電曲線 當電池電壓相對較低時，系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)在最低工作點（圖6中VSYS_REG_MIN）。當電池電壓接近VSYS_REG_MIN時，電池和系統(tǒng)電壓會相互密切跟蹤。因此，無論電池的狀態(tài)如何，系統(tǒng)電壓始終保持在較窄的范圍內(nèi)。圖7顯示了實際范圍圖。 圖7：典型充電曲線（工作條件：V在= 16V， V蝙蝠斜坡從 0V 開始，ICHG = 1.84A，I系統(tǒng)= 1A）
反向操作
上面討論的電池充電器操作已使用輸入源為電池充電或為系統(tǒng)供電。它還可以提供相反方向的操作，例如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(nèi)部電池通過設備輸入端口為設備供電。
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