通常為了提高電池充電時(shí)的可靠性和穩定性，我們會(huì )用電源管理芯片來(lái)控制電池充電的電壓與電流，但是在使用電源管理芯片設計充電電路時(shí)，我們往往對充電電路每個(gè)時(shí)間段的工作狀態(tài)及電路設計注意事項存在一些困惑。
 
1、電池充電方式簡(jiǎn)介 

理論上為了防止因充電不當而造成電池壽命縮短，我們將電池的充電過(guò)程分為四個(gè)階段：涓流充電（低壓預充，此狀態(tài)的電池電壓比較低，實(shí)際使用時(shí)，建議將鋰電池欠壓保護點(diǎn)提高，避免電池出現過(guò)放電現象）、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。

典型的充電方式是：先檢測待充電電池的電壓，在電池電壓較低情況下，先進(jìn)行預充電，充電電流為設定的最大充電電流的1/10，當電池電壓升到一定值后，進(jìn)入標準充電過(guò)程。標準充電過(guò)程為：以最大充電電流進(jìn)行恒流充電，電池電壓持續穩定上升，當電池電壓升到接近設定的最大電壓時(shí)，改為恒壓充電，此時(shí)，充電電流逐漸下降，當電流下降至最大充電電流的1/10時(shí)，充電結束。
 
階段1：涓流充電——涓流充電用來(lái)先對完全放電的電池單元進(jìn)行預充(恢復性充電)。在電池電壓低于3V左右時(shí)采用涓流充電，涓流充電電流是恒流充電電流的十分之一即0.1c(以恒定充電電流為1A舉例，則涓流充電電流為100mA)。
 
階段2：恒流充電——當電池電壓上升到涓流充電閾值以上時(shí)，提高充電電流進(jìn)行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至 1.0C之間。電池電壓隨著(zhù)恒流充電過(guò)程逐步升高,一般單節電池設定的此電壓為3.0-4.2V。
 
階段3：恒壓充電—— 當電池電壓上升到4.2V時(shí)，恒流充電結束，開(kāi)始恒壓充電階段。電流根據電芯的飽和程度，隨著(zhù)充電過(guò)程的繼續充電電流由最大值慢慢減少，當減小到0.01C時(shí)，認為充電終止。（C是以電池標稱(chēng)容量對照電流的一種表示方法，如電池是1000mAh的容量，1C就是充電電流1000mA。） 
 
階段4：充電終止——有兩種典型的充電終止方法：采用最小充電電流判斷或采用定時(shí)器(或者兩者的結合)。最小電流法監視恒壓充電階段的充電電流，并在充電電流減小到0.02C至0.07C范圍時(shí)終止充電。第二種方法從恒壓充電階段開(kāi)始時(shí)計時(shí)，持續充電兩個(gè)小時(shí)后終止充電過(guò)程。

2、電池充電電路設計注意事項 

若設計的充電電路沒(méi)有防倒灌保護，將會(huì )產(chǎn)生許多危害。以輸出端接2節鋰電池串聯(lián)為例，若僅將電源去除，充電器沒(méi)有移除，電池內的電流倒灌至充電電路中，導致電池電量白白損失。且更嚴重的安全隱患是：對于降壓電源芯片來(lái)說(shuō)，電池電流從輸出端，經(jīng)芯片內部功率管寄生的二極管倒灌至芯片的VIN端，當電路的輸出端電壓（電池電壓）低于設定值時(shí)，芯片FB點(diǎn)電壓相應的也會(huì )低于標稱(chēng)值，芯片開(kāi)始工作來(lái)提高輸出端電壓；由于輸入端電壓幾乎與輸出端相等，對于降壓芯片來(lái)說(shuō)，輸入端無(wú)法給輸出端提供能量，導致FB點(diǎn)電壓一直低于標稱(chēng)值，芯片進(jìn)入占空比100% 的工作狀態(tài)。此時(shí)若是輸入端突然恢復供電，輸入端電源會(huì )經(jīng)過(guò)已經(jīng)打開(kāi)的功率管直接把能量輸送到輸出端，由于輸入輸出存在壓差，瞬間會(huì )有比較大的電流流過(guò)功率管，若此時(shí)由于其它不可控的原因導致芯片未能及時(shí)有效做出響應來(lái)關(guān)閉功率管，這個(gè)大電流有可能會(huì )使芯片內部開(kāi)關(guān)管損壞。因此在設計電池充電電路時(shí)，我們需要添加防倒灌的措施。

升壓方案由于續流二極管可以起到防倒灌的作用，所以一般不外加防倒灌措施。但是對于降壓方案，需要對電池充電電路添加防倒灌措施。

以XL4301鋰電池充電電路為例，如圖2、圖3所示（紅色虛線(xiàn)框中為防電流倒灌電路）。輸入12V，輸出接單節鋰電池（3.1V-4.3V），最大充電電流0.8A；其中最大充電電流 IOUT=VCS/RCS=0.11/0.137≈0.803A，最大充電電壓 VOUT=VFB*（1+R2/R1）=1.25*（1+7.87/3.3）≈4.231V。

圖2電路中，我們選擇一個(gè)肖特基二極管防止電流倒灌，這是簡(jiǎn)單有效的方法。為降低肖特基D2溫度，選用的肖特基電流能力是充電電流2倍以上。

由于肖特基壓降比較大，會(huì )增加系統損耗；為減小防倒灌電路產(chǎn)生的損耗，我們可以采用MOS管來(lái)防止電流倒灌，如圖3正常工作時(shí)，PMOS管導通，電流經(jīng)過(guò)MOS管給鋰電池充電，MOS管功耗較��；當輸入端斷電時(shí)，PMOS關(guān)斷，起到防止電流倒灌的作用。其中DZ1的選取遵循VOUT＜VDZ1 ＜VIN。

備注：當輸出端電壓小于8.4V時(shí)，電路中DZ2與R6可以省去。
 
充電流程

手機充電器的工作流程一般為：1. 檢測電池的電壓，如果低于一個(gè)閾值電壓，就要進(jìn)行涓流充電；2. 電池充到一定電壓（一般設置為2.9V）時(shí)，進(jìn)行全電流充電；3. 當電池電壓達到預置電壓（鋰離子電池一般為4.2V）時(shí)，開(kāi)始恒壓充電，同時(shí)充電電流降低；4. 當電流逐漸減小到規定的值時(shí)，充電過(guò)程結束。
 
電池電壓低于2.5V（Vshort）時(shí),鋰離子電池充電器用25mA的電流預充,防止深度放電的鋰離子電池在快充時(shí)被損壞甚至發(fā)生危險。
 
對于電壓過(guò)低的電池需要進(jìn)行預充，電池電壓低于2.5V（Vshort）時(shí),鋰離子電池充電器用25mA的電流預充,防止深度放電的鋰離子電池在快充時(shí)被損壞甚至發(fā)生危險。
 
充電終止檢測除電壓檢測外，還需采用其他的輔助方法作為防止過(guò)充的后備措施，如電池溫度監測，檢測電池溫度用電池組溫度傳感器連續檢測電池溫度，當電池溫度超出設定范圍時(shí)關(guān)閉對電池充電。
 
限定充電時(shí)間，為電池提供附加保護。
 
除了上面的流程描述，它還具有自動(dòng)重新充電、最小電流終止充電等特性。一般來(lái)說(shuō)，恒壓充電結束時(shí)的小電流充電過(guò)程中，電流的大小一般為恒流充電時(shí)電流的十分之一。目前在鋰離子電池充電器的設計中，對手機充電結束后由于某種因素放電的情況而專(zhuān)門(mén)設計了檢測電路，一旦檢測到電池電壓降低，就會(huì )重新啟動(dòng)充電過(guò)程（見(jiàn)上圖）。
 
軟件要做的工作是設置進(jìn)入快速充電的電壓閾值，進(jìn)入恒壓充電的電壓閾值，充電超時(shí)時(shí)間，恒流充電的電流值，恒壓充電的電壓值，充電結束的電流閾值，中斷處理，提供sys接口給上層都充電的狀態(tài)，包括電池的類(lèi)型，電池最高電壓，電池最低電壓，電池當前電壓，電池電量的百分比，電池的狀態(tài)，充電電流和電池溫度等等。