芯耀
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當(dāng)我們使用充電芯片RT9501或RT9502為鋰離子電池充電以后，怎樣才能讓鋰離子電池里的電能為應(yīng)用服務(wù)呢？方法有兩種：一種是將鋰離子電池與充電芯片分離，讓充滿電的電池和系統(tǒng)負(fù)載單獨(dú)在一起，這種方式在早期的可換電芯的手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備中被使用得非常普遍，它們的充電器是一個(gè)獨(dú)立的單元，可以完整完成充電過(guò)程；一種是將充電芯片和電池完整地嵌入系統(tǒng)中，充電的時(shí)候看起來(lái)是對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行充電，實(shí)際的充電對(duì)象仍然是電池，現(xiàn)在的智能手機(jī)幾乎都是這樣的嵌入式設(shè)計(jì)。
將充電芯片、電池和負(fù)載整合在一起的時(shí)候，充電問(wèn)題將變得復(fù)雜起來(lái)。
當(dāng)只有電池作為充電IC的負(fù)載時(shí)，充電IC的輸出電流全都流入了電池，它所檢測(cè)到的輸出電流就是充電電流。當(dāng)負(fù)載和電池并聯(lián)以后，充電IC的輸出電流同時(shí)流入電池和負(fù)載，它無(wú)法分辨流出的電流是進(jìn)入了電池還是負(fù)載，更不知曉二者之間的比例關(guān)系，一些困擾將會(huì)出現(xiàn)。
鋰離子電池充電IC在恒壓充電階段是用充電電流下降至額定恒流充電電流的一定比例（如10%）作為終止充電的依據(jù)的，新的負(fù)載的加入相當(dāng)于降低了充電電流，使得電池不能被充得足夠飽。如果負(fù)載電流總是大于終止充電電流閾值，終止充電的電流閾值就永遠(yuǎn)達(dá)不到，充電過(guò)程可能一直持續(xù)下去而不會(huì)停止（除非充電IC加入了定時(shí)充電功能），電池就長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，而這對(duì)電池的壽命是不利的。
在恒流充電階段，由于負(fù)載消耗了一部分電流，實(shí)際流入電池的電流變小了，充電時(shí)間將變長(zhǎng)。
充電過(guò)程終止以后，由于有負(fù)載隨時(shí)對(duì)電池進(jìn)行消耗，電池電壓將快速下降，復(fù)充過(guò)程將很快出現(xiàn)，充電過(guò)程將頻繁進(jìn)行。
在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，人們會(huì)天然地認(rèn)為外部電源插入以后系統(tǒng)即可工作，而在此時(shí)裝入電池又是不太方便的，充電IC將進(jìn)入沒(méi)有電池作為負(fù)載的狀態(tài)，但它并不知曉這一點(diǎn)，于是就以自己測(cè)量獲得的狀態(tài)作為自己工作的依據(jù)，系統(tǒng)能否進(jìn)入正常的工作狀態(tài)將取決于充電參數(shù)與負(fù)載之間的匹配狀況，很簡(jiǎn)單的一個(gè)問(wèn)題卻可有非常復(fù)雜的表現(xiàn)，只有協(xié)調(diào)一致的情況下才能幸運(yùn)地進(jìn)入連續(xù)正常的工作狀態(tài)。
要解決這些問(wèn)題，有兩種思路：一種是將充電過(guò)程和對(duì)負(fù)載的供電分開(kāi)來(lái)處理，使得可在滿足負(fù)載工作的前提下滿足充電的需求，這種方法需要進(jìn)行電源路徑管理，優(yōu)先滿足負(fù)載需要；一種是在沒(méi)有加入電源路徑管理功能的情況下將問(wèn)題最小化，優(yōu)先滿足生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)調(diào)試的需要，這導(dǎo)致了充電IC的工廠模式的誕生。
RT9503是立锜在鋰離子電池充電領(lǐng)域解決路徑管理問(wèn)題的第一次嘗試，它解決了外部電源存續(xù)期間系統(tǒng)的供電問(wèn)題，而充電過(guò)程可以同時(shí)進(jìn)行，電池僅在外部電源不存在或是不能滿足系統(tǒng)需要時(shí)才為系統(tǒng)負(fù)載供電，下面是它的應(yīng)用電路圖：
與已經(jīng)介紹過(guò)的RT9502相比，RT9503主要的改變是多出了控制外部MOSFET通斷的AC_ON和BAT_ON端子及檢測(cè)系統(tǒng)供電電壓的SYS端子，AC_ON會(huì)在外部電源加入時(shí)變?yōu)榈?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1465710.html">電平使外部MOSFET導(dǎo)通，BAT_ON則在檢測(cè)到SYS端電壓低于BATT端電壓時(shí)變低使外部MOSFET導(dǎo)通讓電池為系統(tǒng)負(fù)載供電。除此以外，RT9503的功能和參數(shù)與RT9502基本是一樣的，但是新增了定時(shí)電容器的連接端子，為充電安全提供了新的保障。
RT9503還有一個(gè)型號(hào)是RT9503A，它們兩者的差異絕大部分人都不會(huì)發(fā)現(xiàn)，規(guī)格書(shū)中也看不到說(shuō)明，但是如果你要問(wèn)我該選哪一個(gè)，我會(huì)建議你選擇RT9503A，尤其是在你做新設(shè)計(jì)的時(shí)候。
像RT9503這樣將路徑選擇的MOSFET外掛的充電IC在立锜新的產(chǎn)品中已經(jīng)沒(méi)有再出現(xiàn)，也就是它們的集成度變得越來(lái)越高了，這樣的好處是電路比較簡(jiǎn)單，但I(xiàn)C本體的發(fā)熱量也會(huì)大一些，PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候需要多注意考慮散熱問(wèn)題。
前文述及的充電IC的工廠模式是專門為使用鋰離子電池的設(shè)備的生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程而設(shè)計(jì)的，那時(shí)候的設(shè)備上還沒(méi)有裝入電池，但又需要持續(xù)為負(fù)載供電，就只好強(qiáng)迫充電IC進(jìn)入可以提供較大電流的恒壓輸出狀態(tài)，其作用與普通穩(wěn)壓器無(wú)異，負(fù)載利用其穩(wěn)壓輸出即可穩(wěn)定工作，解決了生產(chǎn)中的調(diào)試問(wèn)題。
上圖中的RT9532是擁有工廠模式的鋰離子充電IC的例子，從中可以看出它的電路結(jié)構(gòu)與RT9502很類似，但是輸入端只有一個(gè)，這在僅以USB接口作為供電端的現(xiàn)代產(chǎn)品上是很合適的設(shè)計(jì)。我們從其規(guī)格書(shū)中的Features部分可以看到它支持工廠模式的描述，參數(shù)表中也有相關(guān)的參數(shù)欄目，應(yīng)用說(shuō)明部分還對(duì)其工作方式進(jìn)行了描述。
這表示它可以以4.2V的輸出電壓工作，最大負(fù)載電流可達(dá)2.3A，只要在電池沒(méi)有接入的情況下將其調(diào)整至此模式，最大2.3A的負(fù)載就可以正常地穩(wěn)定工作，不會(huì)出現(xiàn)反復(fù)啟動(dòng)等由于不匹配而帶來(lái)的問(wèn)題。
普通充電IC在充電狀態(tài)下都會(huì)有IC溫度調(diào)整的功能，但在工廠模式下這一功能無(wú)需存在，因?yàn)檫@時(shí)不會(huì)有電池的安全問(wèn)題存在，但是IC本身的過(guò)熱保護(hù)功能還是有的。
充電IC在沒(méi)有電池的情況下與負(fù)載之間的不匹配問(wèn)題是如何產(chǎn)生的呢？我本不打算細(xì)述，但是寫(xiě)到這里還是想做些簡(jiǎn)要的介紹，以便沒(méi)有遇到過(guò)或是遇到過(guò)但是不明白其中道理的人有個(gè)思考的入口。
首先，我們不能忘了充電IC是按照三階段充電策略進(jìn)行工作的，這就決定了它將在輸出端電壓低于預(yù)充電閾值（大約為3V）時(shí)輸出很小的電流，如果它所帶的負(fù)載過(guò)大，負(fù)載消耗的電流大于它的輸出電流，它的輸出電壓就永遠(yuǎn)無(wú)法上升到預(yù)充電閾值以上，負(fù)載就可能永遠(yuǎn)無(wú)法進(jìn)入正常工作狀態(tài)（我們假設(shè)它的正常工作電壓是3V~4.2V）。
當(dāng)負(fù)載能夠容許充電IC的輸出電壓上升到預(yù)充電閾值以上時(shí)，充電電流將轉(zhuǎn)為大電流，只要負(fù)載電流在此期間低于充電電流，充電IC的輸出電壓就將扶搖直上，直至4.2V，此后充電電流就會(huì)自動(dòng)降低并最后終止充電過(guò)程。此后的電流消耗將使電壓下降，充電IC將重新進(jìn)入復(fù)充狀態(tài)，如果復(fù)充電流持續(xù)低于負(fù)載電流，電壓就會(huì)持續(xù)下降，直至預(yù)充閾值以下，這下電壓就完全不能保持了，負(fù)載將持續(xù)處于不正常的工作狀態(tài)。
如果負(fù)載電流只是短時(shí)間出現(xiàn)超過(guò)充電電流的狀況，這個(gè)過(guò)程也會(huì)造成電壓下降，但只要輸出電容足夠大，電壓下降過(guò)程的影響就可以被降低，電壓在下降以后又可以被及時(shí)拉升，正常的工作是可以保證的，關(guān)鍵就是輸出電容要足夠大。
在沒(méi)有工廠模式的充電IC上要出現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定在某個(gè)電壓上是不太可能的事，其存在條件是輸出電流等于負(fù)載電流，幾乎沒(méi)有人能做到這一點(diǎn)，你就千萬(wàn)別抱幻想了。
轉(zhuǎn)載自RichtekTechnology。
