锂离子电池充电电路设计

能量)。因此电池制造商规范该产品最大放电电流，在使用中应小于最大放电电流。锂离子电池对充电品质的要求很高，需要精密的充电电路以保证充电的安全，尤其要求终止充电电压精度在额定值的 1%之内(例如:充4.2V的锂离子电池，其允差为±0.042V)过压充电可能对锂离子电池造成永久性损坏，严重者导致电池爆炸；锂离子电池的充电电流应根据电池制造厂的规范选用。虽然某些电池充电电流标称可达2C(C是电池的容量，标示如1000mAh，1C充电率即充电电流为1A)，但高充电电流会降低电池寿命，因此一般常用的充电率为0.25C～1C。因充电过程的电化学反应会产生热，有一定的能量损失；另外锂离子电池充电并非全部采用定电流充电，还有定电压模式充电，所以实际充电时间约为2.5小时左右；锂离子电池充电的温度在0℃~ 60℃范围。如果充电电流过大会产生温度过高，不仅会损坏电池并可能引起爆炸。因此在大电流充电时，需要对电池进行温度检测，并且在超过设定充电温度时能停止充电以保证安全。另外，充电器电路中有设定的限流电阻，保证充电电流不超过设定的限制电流。

目前锂离子电池的充电器常采用三段充电法，即预充电模式(Pre-Charging Mode)、定电流充电(Fast Charging Mode)、定电压充电模式(Constant Voltage Mode)。锂离子电池终止放电电压为2.5V。设计完善的充电器可对过放的电池进行挽救修复，即在正式充电前进行预处理。于充电前先检测电池的电压：若电池电压大于 3V，则按正常方式充电；若电池电压低于3V，则以小电流(约为10%的定电流模式充电电流)充电称之为预充电模式，让处于深度放电状态下而溶解的钝化膜进行还原。此外，当电池过度放电时，还可能释出部分铜金属在阳极造成短路，此时若以高电流进行强迫充电就会导致电池过热，而预充电阶段则能避免这种现象发生。等充到3V后再按正常定电流方式充电。

当电池电压大于3V，则按正常方式充电的充电特性如图1所示(以4.2V锂离子电池为例)。开始以设定的定电流模式充电，此时电池电压以较快的斜率上升，随着电池电力储存的增加，电池电压上升斜率会逐步降低，上升到接近 4.2V 时，定电流充电阶段结束。充电器改以 4.2V定电压充电，在定电压阶段充电时，电压几乎不变，但充电电流持续下降。当充电电流降到某一值时，激活定时器，经一段计数定时截止后，结束充电，完成充电程序。

图1：典型的锂离子电池充电曲线

定电压充电的输出稳压精确度对于电池容量最大化和延长电池使用寿命都很重要。当电池稳压低于4.2V，可能导致电池充电不足，虽不至于影响寿命，却使得电池蓄电量减少。例如充电不足程度只要达到总电压的 1%，就会让电池蓄电量减少8%。另一方面，电池稳压太高，则导致电池过度充电而缩短使用寿命，甚至造成使用者危险。为了确保锂离子电池的充电安全，开始充电时的环境温度，必须在0℃～45℃之间。在更低温度下进行充电会形成更多金属锂，会导致电池阻抗增加与电池劣化。在高温环境下进行充电，则会增加锂离子与电解液的反应而加速电池劣化。

一般而言，建议长时间不使用时，应将电池充至70 - 80%进行存放。这也是为防止长时间的自然放电后，锂离子电池电压低于2.0伏特，导致锂离子电池失效而不能使用。经常把锂离子电池电量耗尽的使用方式，比经常充放电的使用方式，其寿命至少缩短一半以上。

锂离子充电器设计范例

为满足低耗电可携式产品对于更精确、更安全的充电器应用需求，许多IC制造商发展出低成本线性充电器。图2是以通嘉科技的LD6275充电IC为设计范例，构成仅需少数外部零件的独立式线性充电器电路，其具备1.5A的最大充电电流。

图2：LD6275应用电路图

LD6275是一个高整合度的锂离子电池线性充电器IC，具备主动电源路径管理，在负载端电流进行加载/卸载的情况下，实时调整电池充电电流，有效监控管理输入电流(即USB埠的输出电流)，符合USB – IF所规范的浪涌电流限制和软激活功能的要求。此外，IC内整合有温度检测功能，如果IC温度超过设定值。会自动降低充电电流以保护芯片避免损坏。

LD6275将电源适配器/USB埠的5V直流电源进行降压稳流，对锂离子电池进行充电，为防止电源适配器的过电流超载，可以外部电阻 RCISET设定最大充电电流限制。同时支持计算机USB端口充电模式，并依据外部脚位EN1与EN2进行设定，各模式请见表1。透过为USB 500mA与USB 100mA操作模式设定，可以保护PC端USB埠避免过载。

表1：充电模式设定

LD6275 具有适应性电源路径管理(Adaptable Power Path Management, APPM)功能，其为以供给系