【技术盛宴】手机充电部分技术讲解

由于锂离子电池不存在记忆效应，目前在GSM数字手机广泛应用，但要求其不能过充也不能过放，因而必须对其充电过程进行严格的控制。GSM数字手机中常见的充电方式有两种，分别为：恒流恒压充电模式（CCCV）、脉冲充电模式（PulseWidthmodule）。具体的工作原理及实现过程如下：

1)恒流恒压充电（CCCV）

图为恒流恒压充电模式示意图，图中的Capacity为电池容量，CELLVoltage为电池电压，Current为充电电流。充电过程中，电池的容量在75%以下时采用恒流充电方式，而当电池板容量超过75%后采用4.2V的恒压充电方式。

图为锂离子电池恒流恒压充电的具体实现过程示意图；具体实现过程包含预置充电（慢充，小电流恒流充电）、快充（大电流恒流充电）、恒压充电。电池电压低于软件定义的最低门限（一般为3.2V）时，为避免电池受损伤，因此采用小电流的恒流充电方式将电池激活，俗称预充；一般GSM数字手机能维持手机开机的电池电压为3.6V，当低于该电压时，手机处于关机状态，就会对其充电，因而预置充电过程几乎未使用。快充模式即以0.5C-1C的电流对电池进行充电，而当电池板容量达到75%时，改为4.2V的恒压充电方式（该方式也称为慢充方式），并以此方式将电池充满。

图为手机充电电路，采用的是恒流恒压充电模式。图中信号DC_VOLT为充电时提供的充电电压，ICTL为充电过程中的电流控制信号（高电平时Q400导通、低电平时Q400截止），控制开关CMOS管的工作状态，PRECHARGE信号为预置充电控制信号（低电平时为慢充有效，高电平时快充有效）。C402为电解电容，主要用于滤除充电电压抖动的脉冲杂波干扰信号；F400、F401分别为自恢复性保险丝，该器件的主要特性为：当充电电路中的电流超过其门限值时，保险丝的阻值变为无穷大，将通路阻断，从而避免通路中的元器件和电池受损伤，而当充电电路中的电流值低于其门限时，该元器件正常工作；U404为复合开关三极管、Q401为开关三极管、Q400为开关CMOS管，D400为肖特基稳压二极管，主要用于防止电池板反向放电，R414为热敏电阻，热敏电阻在这里的作用是采集电压（电流），判断电池状态，控制充电过程。

手机的外围充电电路的工作原理为：

①预置充电：在插入充电器前，CPU通过检测电路鉴别电池类型、精确计算电池容量、设定电源管理芯片内部控制信号的状态标志位（例：VBAT<3.2V，PRECHARGE：0，低电平；ICTL：0，低电平），状态标志位主要控制充电过程。当CPU检测到充电器插入后，比较充电电压，确认该电压在正常范围后，允许对电池板进行充电。具体的电路分析：当PRECHARGE信号为低电平状态时，U404的#3、#4、#5间的三极管处于截止状态，而DC_VOLT通过F400、F401、R406将电动势传送到相应引脚上（由于目前ICTL为低电平状态，Q400截止，Q401也未导通），因此U404的#2呈现高电平，使得U404的#1、#2、#6间的三极管导通，将U404的#6置为低电平，该电平传送给Q401的基极，使得Q401导通，从而DC_VOLT通过F400或F401、R400、Q401、D400、R414后电池板进行充电，完成预置充电的过程。

②快充过程：当CPU检测到电池电压VBAT>3.2V后，将相应的电源管理芯片内的状态标志改变（ICTL变为高电平、PRECHARGE改为高电平）；当PRECHARGE信号为高电平时，U404的#3、#4、#5间的三极管导通，从而将U404的#2置为低电平，使得U404的#1、#2、#6间的三极管截止，Q401基极呈高阻状态使该三极管截止，当ICTL信号变为高电平，Q400导通，DC_VOLT通过F400或F401、Q400、D400、R414完成对电池板充电。

③慢充（恒压充电过程），实现过程与预置充电相同。

2)脉冲充电

脉冲充电过程与恒流恒压充电过程类同，主要分为慢充（预置充电，电池电压低于3.2V时）、快充过程、滴流过程。一般手机电池容量达到程序设定的最大值时（与最大容量相差1%时），停止快充，采用滴流的方式对电池充电，直到充满为止。由于在充电过程中间隔性对电池进行放电有利于电极上氢气和氧气的结合,降低快速充电造成的内压升高现象，因此目前脉冲充电方式较为流行，但程序设置较为复杂。

3)备用电池的充电过程

图为另一手机电源管理芯片与备用电池部分，通过该部分完成了备用电池的充放电控制。当电池电压低于3.2V时，备用电池通过VSAVE信号对RTC（实时时钟）电路供电；当电池电压高于3.2V，备用电池低于最大值时，对备用电池充电，图中的ROUT用于限制充电过程中的电流，当备用电池电压低于1.3V时，通过ROUT分压（限流）后对备用电池充电，而当备用电池电压高于1.3V时进行快充，当备用电池电量达到程序设定值时又通过ROUT分压（限流）后充电。