锂离子电池充电要求的最适合电流是多少？锂电池充电电路是怎么设计的呢？

目前市场上所售锂电池组内部均封有配套的充放电保护板。只要控制好外部的充放电电流即可。锂电池充电电路设计：

　　1.涓流充电阶段。（在电池过渡放电，电压偏低的状态下）

　　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）

　　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。

　　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收藏测引脚。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。

　　A210电源供电图

　　5V通过D2送到开关SW2，同时通过充电管理ICMCP73831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。

　　D2和D1，后级LDORT9193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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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：

　　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.

　　LDORT9193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：

　　2.8V2.65V

　　3.4v3.3V

　　4.0V3.0V

　　，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。

　　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，还需要根据自己的产品其他电路工作电压范围和特性，成本等几方面考虑了。

　　1.锂离子电池充电要求的最适合电流是多少？

　　锂离子电池充电要求首先恒流充电，即电流一定，而电池电压随着充电过程逐步升高，当电池端电压达到4.2V（4.1V），改恒流充电为恒压充电，即电压一定，电流根据电芯的饱和程度，随着充电过程的继续逐步减小，当减小到0.01C时，认为充电终止。（C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法，如电池是1000mAh的容量，1C就是充电电流1000mA，注意是mA而不是Ah，0.01C就是10mA。）为什么认为0.01C为充电结束：这是国家标准GB/T18287-2000所规定的，也是讨论得出的。以前大家普遍以20mA为结束，邮电部行业标准YD/T998-1999也是这样规定的，即不管电池容量多大，停止电流都是20mA。国标规定的0.01C有助于充电更饱满，对厂家一方通过鉴定有利。另外，国标规定了充电时间不超过8小时，就是说即使还没有达到0.01C，8小时到了，也认为充电结束。（质量没问题的电池，都应在8小时内达到0.01C，质量不好的电池，等下去也无意义）锂离子或锂聚合物电池组的最佳充电速率为1C，这意味着一个1000mAh的电池组要以1000mA的电流进行快速充电，以这种速率充电可以实现最短的充电时间，而且不会降低电池组的性能及缩短使用寿命。对于容量不断增加的电池组，欲达到这种满意的充电速率，提高充电电流值是不可避免的。

　　2.锂离子电池充电要求的最适合电压是多少？

　　锂离子电池标称电压3.7V（3.6V），充电截止电压4.2V（4.1V，根据电芯的厂牌有不同的设计）怎样区别电池是4.1V还是4.2V：消费者是无法区分的，这要看电芯生产厂家的产品规格书。有些牌子的电芯是4.1V和4.2V通用的，比如A&TB（东芝），国内厂家基本是4.2V。把4.1V的电芯充电到4.2V会怎么样：会使电池容量提高，感觉很好用，待机时间增加，但会减短电池的使用寿命。比如原来500次，减少到300次。同样道理，把4.2V的电芯过充，也会减短寿命。锂离子电芯是很娇嫩的。既然电池内有保护板，我们是否就可以放心了呢：不是，因为保护板的截止参数是4.35V（这还是好的，差的要4.4到4.5V），保护板是应付万一的，假如每次都过充，电池也会很快衰减的。

　　3.苹果iPhone的电池规格是多少？

　　苹果iPhone的电池规格是标称电压3.7V，充电截止电压4.2V，电池容量1400mAh，按照我们上面的所讲的，最佳充电速率1C，需要达到1400mA的电流开始充电，电压为3.7V，在电压达到4.2V后，开始进行恒压充电，直到达到0.01C也就是14mA停止充电。

　　4.usb接口和充电器的电压、电流分别是多少？

　　usb接口的电流是500mA，电压是＋5V，如果在充电过程中打开HWinfo，你也可以看到ExternalPower一项是500mA充电器是为iPhone设计的，电压我想大家都明白那个白色的，可以插进电源插座的小方块是干什么的吧，就不用我再说了吧？使用充电器充电是，打开HWinfo可以看到ExternalPower一项是1000mA综上所述，当你使用usb来充电的时候，电压是＋5V，而电流只有500mA，我们在参考1、2问题的答案就知道这种办法会增加电池容量，用起来很爽，但是会减短电池使用寿命。当使用充电器来充电时，大家可能会问，你不是说最佳速率是1C吗？那iPhone应该是1400mA的充电电流才对啊，没错，可是国家还有一个规定，国标规定的低倍率充电是0.2C（仲裁充电制式），还以iPhone的1400mAh容量的电池为例，就是280mA，理论上越小对电池越有好处。但你总不能为了一块电池充电等3天吧。（容量mAh＝电流mA×时间h）所以苹果选择了0.7C，大部分的电池在0.5C--0.8C之间5你们可以选择了！很明显有人使用usb充电，感觉时间较长，但是那是以牺牲电池寿命作为代价的。　锂离子充电——系统注意事项

　　要快速可靠地完成充电过程需要一个高性能的充电系统。为实现可靠且经济高效的解决方案，设计时应当考虑到以下系统参数：

　　输入源

　　许多应用都采用极廉价的墙式适配器作为输入电源。其输出电压主要依赖于交流输入电压和从墙式适配器流出的负载电流。

　　在美国标准的墙面插座上交流母线输入电压的变化范围一般为90VRMS至132VRMS。假设额定输入电压为120VRMS，容差为+10%,?25%。充电器必须为电池提供适当的稳压措施，从而不受输入电压的影响。充电器的输入电压与交流母线电压和充电电流成比例：

　　VO=2VIN×a-1O(REQ+RPTC)-2×VFD

　　REQ是次级绕组的电阻与初级绕组反射电阻（RP/a2）的和。RPTC是PTC的电阻，VFD是桥式整流器的前向压降。此外变压器磁芯损失也会使输出电压略有降低。

　　利用汽车适配器充电的应用也会遇到类似的问题。汽车适配器的输出电压典型范围为9V至18V。

　　恒流充电的速率和精度

　　特定应用的拓扑结构选择可能要由充电电流来决定。许多大恒流充电应用或多节电池充电应用都采用开关式充电解决方案来获得更高的效率并避免产生过多热量。出于尺寸和成本方面的考虑，低档和中档的快速充电应用则倾向于采用线性解决方案，然而线性解决方案会以热的形式损失更多能耗。对于线性充电系统来说，恒流充电的容差变得极为重要。如果稳压容差太大，传输晶体管和其他元器件都需要更大体积，从而增加尺寸和成本。此外，如果恒流充电电流过小，整个充电周期将会延长。

　　输出电压的稳定精度

　　为了尽可能地充分利用电池容量，输出电压稳压精度非常关键。输出电压精度的小幅度下降也会导致电池容量的大幅减少。然而出于安全和可靠性方面的考虑，输出电压也不能随意设置得过高。图2显示出了输出电压稳定精度的重要性。

　　充电终止方法

　　毋庸置疑，过充始终是锂离子电池充电的心头大患。准确的充电终止方法对于安全可靠的充电系统来说非常关键。

　　电池温度监控

　　一般情况下，锂离子电池充电时的温度范围应当在0℃至45℃。在此温度范围之外对电池充电会导致电池过热。在充电周期中，电池内的压力上升还会导致电池膨胀。温度与压力直接相关。随着温度上升，压力也会过大，这可能会导致电池内部的机械破裂或材料泄漏，严重时还有可能导致爆炸。在此温度范围之外对电池充电还会损害电池的性能，或缩短电池的预期寿命。

　　通常锂离子电池包内都采用了热敏电阻来准确测量电池温度。充电器检测热敏电阻的阻值，当阻值超出规定工作范围，即温度超过规定范围时，充电被禁止。

　　电池放电电流或反向泄漏电流

　　在许多应用中，即使输入电源不存在，充电系统仍然与电池相连。充电系统必须保证输入电源不存在时，从电池汲取的电流极小。最大泄漏电流应当小于几个微安，通常应小于一个微安。

　　锂离子充电——应用实例

　　将以上几点系统注意事项事先充分考虑，就能开发出适合的充电管理系统。

　　线性解决方案

　　当存在稳压良好的输入电源时，通常采用线性充电解决方案。在此类应用中，线性解决方案的优点包括易用、尺寸小以及成本低。由于线性充电解决方案效率低，因此影响设计的最重要因素就是散热设计。散热设计是输入电压、充电电流以及传输晶体管和环境冷却空气间的热阻。最糟的情况是器件从涓流充电阶段向恒流充电阶段转换时，在此情况下，传输晶体管必须散发最大的热能，必须在充电电流、系统尺寸、成本和散热要求之间进行权衡。

　　例如，应用中需要利用一个5V±5%的输入电源以0.5C或1C的恒定电流对一个1000mAh的单节锂离子电池充电。图3显示了如何利用Microchip的MCP73843构成一个低成本的独立解决方案，只需要极少量的外部元器件，就可以实现所需要的充电算法。MCP73843完美地结合了高精度恒流充电、恒压稳压以及自动充电终止等功能。

　　为进一步减小线性解决方案的尺寸、降低其成本和复杂性，许多外部元器件都可以集成到充电管理控制器中。先进的封装可以提供更高的集成度，当然也会牺牲一定的灵活性。此类封装需要先进的生产设备，许多情况下避免了返工。通常会集成充电电流检测、传输晶体管以及反向放电保护。此外此类充电管理控制器还会实现一定的热调节功能。热调节功能可根据器件管芯温度来限制充电电流，从而可在保证器件可靠性的情况下优化充电周期时间，热调节功能大大降低了散热设计的工作量。

　　基于MicrochipMCP73861的全集成线性解决方案如图4所示。MCP73861包含了MCP73843的所有功能，另外还包括电流检测、传输晶体管、反向放电保护以及电池温度监测。

　　充电周期波形

　　利用MCP73843在1C和0.5C恒流充电速率下的整个充电周期如图5。以0.5C而不是1C速率充电时，充电结束的时间大约晚了一个小时。MCP73843在快速充电过程中会按充电电流成比例地缩减充电终止电流。结果是充电时间延长36%，好处则是电池容量增加2%，同时还减少了功率损耗。充电终止电流从0.07C降到0.035C，使得最终电池容量从~98%增长到~100%。系统设计师必须在充电时间、功率损耗和可用电池容量之间进行权衡。

　　开关式充电解决方案

　　输入电压波动范围宽或输入输出电压差大的应用通常采用开关式充电解决方案。此类应用中，开关式解决方案的优点体现在可以提高效率，缺点则是系统复杂、尺寸相对较大且成本较高。例如应用中需要利用汽车适配器以0.5C或1C的恒定电流对一个2200mAh的单节锂离子电池充电，由于散热等问题，利用线性解决方案实现极为困难，当然也可以采用支持热调节的线性解决方案，但降低充电电流造成的充电周期延长是无法接受的。

　　成功设计开关式充电解决方案的第一步是选择设计结构：降压式、升压式、升/降压式、反激式、单端初级电感式（SEPIC）或者其他形式。根据输入和输出要求以及经验，可以迅速将适用于该应用的选择范围缩小为两种结构：降压式还是SEPIC式。降压式转换器的优点是仅需要一个电感，而缺点是需要额外的二极管用于反向放电保护、高端栅极驱动和电流检测，以及脉冲式输入电流（会导致EMI）。SEPIC拓扑结构的优点是低端栅极驱动和电流检测、持续输入电流以及输入和输出间的直流隔离，其主要缺点是需要两个电感和一个能量传输电容。

　　MCP1630是一款可配合单片机使用的高速脉宽调制器(PWM)，配合单片机，MCP1630可控制电源系统占空比，提供输出电压或电流稳定功能。PIC16F684单片机可用于输出稳压或稳流，以及开关频率和最大占空比的调整。MCP1630产生占空比，并可根据不同外部输入提供快速过流保护。外部信号包括输入振荡器、参考电压、反馈电压和电流检测。输出信号是一个方波脉冲。充电器采用的电源结构是SEPIC。单片机提供了极大的设计灵活性。此外单片机还可以与电池包内的电池监控器（Microchip的PS700）通信，从而大大缩短充电周期时间。

　　充电周期波形

　　利用开关式充电解决方案的整个充电周期如图6所示。通过在充电系统中采用电池监控器，可以大大缩短充电周期，使用电池监控器就不必再检测电池包保护电路两端的电压以及充电电流的接触电阻。

　　结论

　　在目前的便携式产品中，要正确地实现电池充电需要仔细地设计考虑。本文讨论了锂离子电池的线性和开关式充电解决方案，本文所探讨的指导原则和设计考虑要素，实际上也是所有电池充电系统设计都需要考虑的。