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充电电池的电路设计

通常我们都知道从电路性能上来考虑，使用锗二极管或者肖特基二极管是最好的选择 。
目前市面上的充电管理 IC，都是按照充电电池的充电特性来设计的 。充电电池根据充电介质不同，分为镍氢电池，锂电池等 。由于锂电池没有记忆效应，所以目前在各种手持设备和便携式的电子产品中，都采用锂电池供电 。由于锂电池的充电特性 。充电过程一般分为三个过程：
1、涓流充电阶段(在电池过渡放电，电压偏低的状态下) 锂电池一般在过渡放电之后，电压会下降到 3.0V 以下 。锂电池内部的介质会发生一些物理变化，致使充电特性变坏，容量降低等 。在这个阶段，只能通过涓涓细流缓慢的对锂电池充电，是锂电池内部的电介质慢慢的恢复到正常状态 。
2、恒流充电阶段(电池从过放状态恢复到了正常状态) 在经过了涓流充电阶段后，电池内部的电介质可以承受较大的充电电流，所以这个时候外部可以通过大一点的电流对锂电池充电，以此缩短充电时间 。这个阶段的充电电流一般靠充电管理 IC 外部的一个引脚外接一个电阻来决定 。阻值大小则根据充电管理 IC 的 datasheet 上的公式来计算 。
3、恒压充电阶段(已经充满 85%以上，在慢慢的进行补充) 在锂电池的电容量达到了 85%时候(约值)，必须再次进入慢充阶段 。使电压慢慢上升 。最终达到锂电池的最高电压 4.2V 。
一般来说，锂电池都有一个 BAT 的引脚输出，这个 BAT 是连接到锂电池端的 。同时这个引脚也是锂电池电压检测引脚 。锂电池充电管理 IC 通过检测这个引脚来判断电池的各个状态 。在实际的便携式产品电路设计中，由于要求电池充电过程中，产品也要能够正常适用 。所以设计中采用以下电路方式实现才是正确的方式：
图一 A210 电源供电图
外部电压 5V 通过 D2 送到开关 SW2，同时通过充电管理 IC MCP73831 来送到锂电池 。SW2 的左边点电压为 5V-0.7V=4.3V 。由于锂电池的电压不管在充满电或者非充满状态的时候，都低于 SW2 左边点电压 4.3V 。所以 D1 是截止的 。充电管理 IC 正常对锂电池充电 。
假如不加二极管 D2 和 D1，后级 LDO RT9193 直接接在 BAT 引脚输出上，则会是充电 IC 在通电的时候，会产生误判 。会出现接上 5V 的外接电源，但是锂电池不会进行充电，充电管理 IC 的 LED 灯指示也不对 。后级负载 LDO 也不会得到正常的输入电压(输入电压很小) 。在这种情况下，只要将充电管理 IC 的电压输入脚直接对 BAT 引脚短路连接一下，所有状态又正常，充电能进行，后级负载 LDO 工作也正常 。
这是由于充电管理 IC 在接上电的瞬间，要检测 BAT 的状态，将 LDO 的输入引脚也连接到了 BAT 和锂电池正极连接的支路中，会影响到 BAT 引脚的工作状态，致使充电管理 IC 进入了涓流充电阶段 。将 BAT 引脚和充电管理 IC 的电压输入短路连接一下，使 BAT 引脚的电压强制性的升高，使充电管理 IC 判断为锂电池进入了恒流充电阶段，所以输出大电流 。能够驱动后级负载 LDO 等 。
另外：为了提高电源的利用效率，D1 和 D2 要选用压降小的二极管 。如锗二极管，肖特基二极管，MOSFET 开关管 。在需要电池切换的设计中，具有 10mV 正向压降、没有反向漏电流的二极管是设计人员的一个“奢求” 。但到目前为止，肖特基二极管还是最好的选择，它的正向压降介于 300mV 到 500mV 之间 。但对某些电池切换电路，即使选择肖特基二极管也不能满足设计要求 。对于一个高效电压转换器来说，节省下来的那部分能量可能会被二极管的正向压降完全浪费掉 。为了在低电压系统中有效保存电池能量，应该选择功率 MOSFET 开关替代二极管 。采用 SOT 封装、导通电阻只有几十毫欧的 MOSFET，在便携产品的电流级别下可以忽略其导通压降 。
决定一个系统是否必需使用 MOSFET 来切换电源，最好对二极管导通压降、MOSFET 导通压降和电池电压进行比较，把压降与电池电压的比值看作效率损失 。例如，把一个正向压降为 350mV 的肖特基二极管用来切换 Li+电池(标称值 3.6V)，损失则为 9.7%，如果用来切换两节 AA 电池(标称值 2.7V)，损失为 13% 。在低成本设计中，这些损失可能还可以接受 。但是，当使用了高效率的 DC-DC 时，就要权衡 DC-DC 的成本和把二极管升级为 MOSFET 带来的效率改善的成本 。
选不选用肖特基二极管和 MOSFET，还要考虑到产品上所用电池的放电特性 。锂电池的放电特性如下图：
从上图可以看出，锂电池在常温状态下，消耗了 90%的电量的时候，电压还是会保持在 3.5V 左右，选择一个好点的 LDO 器件 。那么在 3.5V 的时候，输出电压还是会稳定在 3.3V.
从实际测试 LDO RT9193 来看，负载电阻在 50 欧姆，负载电流 60mA 的时候，输入电压和输出电压关系如下表所示：
【充电电池的电路设计】 可以看出，即使是锂电池消耗了 90%的电量的时候，LDO 的输出端依然可以稳定输出 3.3V. 从图一 A210 的供电电路分析，加上硅二极管 D1 以后，LDO 输入电压=3.5---0.7V=2.8V. 这样只要模块烧录可以在 2.4V 左右工作的程序，硅二极管也可以在此电路中使用了 。

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