鋰離子電池充電和系統(tǒng)控制架構(gòu)是最大化電池容量和最小化電池充電時(shí)間的重要部分。在本文中，我們首先討論鋰離子電池的充電算法，電池充電電壓，電池容量和電池壽命之間的權(quán)衡。我們還將討論電池充電系統(tǒng)與充電器的相互作用，例如電池充電故障定時(shí)器的結(jié)束，并描述動(dòng)態(tài)電源路徑管理（DPPM）技術(shù)。DPPM電池充電器為系統(tǒng)和充電器提供獨(dú)立的電源路徑，允許充分利用適配器的電源，同時(shí)最大限度地縮短電池充電時(shí)間。它還可以在為系統(tǒng)供電時(shí)防止系統(tǒng)崩潰并為放電的電池充電。

問(wèn)：電池充電速度越快，電池壽命越短？

這是因?yàn)楫?dāng)充電速率為1C或更高時(shí)，額外的鋰離子從陽(yáng)極變?yōu)榻饘黉嚒Ｓ捎诮饘黉囀腔钚圆牧希菀着c電解質(zhì)溶液反應(yīng)，并且鋰永久地?fù)p失。因此，電池充電率小于1C。

電池充電器和系統(tǒng)互動(dòng)的原理

電池充電輸出也為系統(tǒng)供電，因此架構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載連接到電池時(shí)，會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，例如電池充電時(shí)間延遲，充電終止，故障安全定時(shí)器警告等。

在這種配置中，充電器的輸出電流ICHG在系統(tǒng)和充電器之間共享，而不僅僅是電池。ICHG是可由充電器控制的電流，充電器根據(jù)此電流確定是否充電。因此，充電器不能直接監(jiān)視和控制有效電池充電電流IBAT。

在預(yù)充電階段，當(dāng)電池單元電壓低于3.0V時(shí)，預(yù)充電電流通常是快速充電電流的10％。系統(tǒng)負(fù)載ISYS截取一些電流，有效充電電流變小。這不僅增加了電池的充電時(shí)間，而且如果在預(yù)充電定時(shí)器時(shí)段內(nèi)電池電壓沒(méi)有升至3V，則還可能導(dǎo)致預(yù)充電定時(shí)器錯(cuò)誤結(jié)束。這可能導(dǎo)致錯(cuò)誤預(yù)充電安全定時(shí)器警告，不是因?yàn)殡姵毓收希且驗(yàn)轭A(yù)充電電流不足。系統(tǒng)電流可能大于預(yù)充電電流，因此電池不會(huì)充電而是放電。為解決此問(wèn)題，系統(tǒng)必須處于關(guān)斷模式或低靜態(tài)電流待機(jī)模式，以便在預(yù)充電安全定時(shí)器周期內(nèi)將預(yù)充電電流充電至3.0V以上。類似地，一旦電池進(jìn)入快速充電階段，系統(tǒng)負(fù)載連續(xù)地中斷來(lái)自充電輸出的一些充電電流，增加電池的充電時(shí)間并終止高安全時(shí)間誤差。

關(guān)于動(dòng)態(tài)電源路徑管理（DPPM）電池充電器問(wèn)題

要縮短電池充電時(shí)間并解決系統(tǒng)與電池充電器之間的交互，您應(yīng)該只將電池充電器輸出分配給電池充電。圖5是簡(jiǎn)化的電源路徑管理電池充電器框圖。為了預(yù)調(diào)整系統(tǒng)總線電壓VOUT，采用MOSFETQ1或用作開(kāi)關(guān)。這建立了從輸入到系統(tǒng)的直接路徑。MOSFETQ2完全用于控制電池充電器。電池和系統(tǒng)之間沒(méi)有進(jìn)一步的干擾。該電源架構(gòu)建立了兩條獨(dú)立的路徑，稱為電源路徑管理（PPM），用于系統(tǒng)電源和電池充電。專用電池充電路徑可以最大限度地縮短電池充電時(shí)間并完全消除故障安全定時(shí)器終止。例如，無(wú)論電池是打開(kāi)還是關(guān)閉，MOSFETQ1都會(huì)將系統(tǒng)總線電壓調(diào)整為4.4V等設(shè)置，從而允許系統(tǒng)在為完全放電的電池充電時(shí)運(yùn)行。智能手機(jī)，PDA和MP3播放器等應(yīng)用必須能夠從輸入源（無(wú)論是否使用電池）操作設(shè)備，這需要電源路徑管理。

動(dòng)態(tài)電源路徑管理（DPPM）監(jiān)視系統(tǒng)總線電壓VOUT，以確定由于電流限制或輸入電源消除而導(dǎo)致的輸入功率損耗。當(dāng)用于系統(tǒng)和電池充電器所需要的電流比AC適配器或USB的可用的輸入電流時(shí)，連接到系統(tǒng)總線C0的電容器將開(kāi)始放電和下降，系統(tǒng)總線電壓。當(dāng)系統(tǒng)總線電壓降至預(yù)設(shè)的DPPM閾值時(shí)，電池充電控制系統(tǒng)通過(guò)降低電池充電電流來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)總線電壓。這是為了通過(guò)將系統(tǒng)和電池充電器所需的總電流與適配器的最大可用電流相匹配來(lái)防止總線電壓下降。當(dāng)系統(tǒng)獲得所需電流并且電池充有剩余電流時(shí)，DPPM控制器達(dá)到正常狀態(tài)。這最大化了適配器的可用功耗，并最大限度地縮短了電池充電時(shí)間。大多數(shù)系統(tǒng)負(fù)載都是非常動(dòng)態(tài)的，具有高脈動(dòng)電流。該系統(tǒng)的平均功率將是過(guò)度的設(shè)計(jì)如果根據(jù)電源的最大峰值功率適配器的設(shè)計(jì)比最大額定峰值功率系統(tǒng)和電池充電器少得多。DPPM控制技術(shù)允許用戶使用更便宜且額定功率更低的AC適配器為系統(tǒng)供電，同時(shí)為電池充電。

如果系統(tǒng)和電池充電器中的總電流超過(guò)AC適配器電流限制或USB電流限制，則連接到系統(tǒng)總線的電容器C0將開(kāi)始放電，系統(tǒng)總線電壓將開(kāi)始下降。當(dāng)系統(tǒng)總線電壓降至DPPM引腳設(shè)置的標(biāo)稱閾值時(shí)，充電電流會(huì)降低以維持系統(tǒng)總線電壓，以防止因AC適配器過(guò)載而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。如果即使充電電流降至0A也不能保持系統(tǒng)總線電壓，電池將暫時(shí)開(kāi)始放電并為系統(tǒng)供電以避免系統(tǒng)崩潰。

DPPM電壓閾值通常設(shè)計(jì)為小于OUT引腳上的指定電壓，以安全地操作系統(tǒng)。為了正確充電，需要在OUT引腳的系統(tǒng)電壓和DPPM閾值之間存在足夠的電壓差。為了最小化尺寸，必須將功率MOSFET集成到電池充電器中。熱控制回路用于降低充電電流，以防止硅溫度達(dá)到125°C或更高。每次充電電流因有效熱調(diào)節(jié)或有效DPPM而降低時(shí)，安全定時(shí)器會(huì)自動(dòng)調(diào)整以增加定時(shí)器的值，以防止故障安全定時(shí)器意外終止。此外，當(dāng)DPPM或熱調(diào)節(jié)環(huán)路有效時(shí)，抑制充電終止功能以防止錯(cuò)誤充電終止。

結(jié)論

增加高于1C的充電電流不是縮短電池充電時(shí)間的有效方法，而是縮短電池壽命。當(dāng)系統(tǒng)直接連接到電池時(shí)，電池的充電時(shí)間通常較長(zhǎng)，因?yàn)橄到y(tǒng)截取來(lái)自電池充電器輸出的一部分充電電流，并且有效電池充電電流降低。DPPM通過(guò)允許電池充電器輸出專門用于電池充電來(lái)減少電池充電時(shí)間，并提供從輸入電源到系統(tǒng)和電池的單獨(dú)電源路徑，從而消除充電器和系統(tǒng)之間的相互作用。此外，系統(tǒng)可以在對(duì)完全放電或有缺陷的電池充電的同時(shí)進(jìn)行操作。