供电电路切换与锂电池充电电路设计

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一样，分为镍氢电池，锂电池等。因为锂电池没有记忆效应，因此目前在各类手持设备和便携式的电子产品中，都采用锂电池供电。 因为锂电池的充电特性。充电过程通常分为三个过程： 　　

一、涓流充电阶段（在电池过渡放电，电压偏低的状态下） 锂电池通常在过渡放电以后，电压会降低到3.0V如下。锂电池内部的介质会发生一些物理变化，导致充电特性变坏，容量下降等。在这个阶段，只能经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。 　　

二、恒流充电阶段（电池从过放状态恢复到了正常状态） 在通过了涓流充电阶段后，电池内部的电介质能够承受较大的充电电流，因此这个时候外部能够经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通常靠充电管理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。

　　
三、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。 　　

　　
　　通常来讲，锂电池都有一个BAT的引脚输出，这个BAT是链接到锂电池端的。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经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，因为要求电池充电过程当中，产品也要可以正常适用。因此设计中采用如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经过D2送到开关SW2, 同时经过充电管理IC MCP73831来送到锂电池。SW2的左边点电压为5V－0.7V=4.3V。因为锂电池的电压无论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。因此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，可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也不会获得正常的输入电压（输入电压很小）。在这种状况下，只要将充电管理IC的电压输入脚直接对BAT引脚短路链接一下，全部状态又正常，充电能进行，后级负载LDO工做也正常。

这是因为充电管理IC在接上电的瞬间，要检测BAT的状态，将LDO的输入引脚也链接到了BAT和锂电池正极链接的支路中，会影响到BAT引脚的工做状态，导致充电管理IC进入了涓流充电阶段。将BAT引脚和充电管理IC的电压输入短路链接一下，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，因此输出大电流。可以驱动后级负载LDO等。

另外：为了提升电源的利用效率，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。在须要电池切换的设计中，具备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，肖特基二极管仍是最好的选择，它的正向压降介于300mV到500mV之间。但对某些电池切换电路，即便选择肖特基二极管也不能知足设计要求。对于一个高效电压转换器来讲，节省下来的那部分能量可能会被二极管的正向压降彻底浪费掉。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能够忽略其导通压降。

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做效率损失。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%，若是用来切换两节AA电池（标称值2.7V），损失为13%。在低成本设计中，这些损失可能还能够接受。可是，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。锂电池的放电特性以下图：

从上图能够看出,锂电池在常温状态下,消耗了90%的电量的时候,电压仍是会保持在3.5V左右,选择一个好点的LDO器件. 那么在3.5V的时候,输出电压仍是会稳定在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以下表所示:

输入电压	输出电压
2.8V	2.65V
3.4v	3.0V
4.0V	3.3V

能够看出,即便是锂电池消耗了90%的电量的时候, LDO的输出端依然能够稳定输出3.3V.从图一 A210的供电电路分析,加上硅二极管D1之后, LDO输入电压=3.5---0.7V=2.8V. 这样只要模块烧录能够在2.4V左右工做的程序,硅二极管也能够在此电路中使用了.

不过, 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.

具体采用什么电路设计,还须要根据本身的产品其余电路工做电压范围和特性, 成本等几方面考虑了.