移動通信終端電源管理設(shè)計原理

摘要：移動通信終端產(chǎn)品在我們的日常生活中已經(jīng)非常普及，因此，其設(shè)計的安全性問題顯得尤為重要。就移動終端產(chǎn)品安全隱患最大的地方——電源管理設(shè)計，提出了一些設(shè)計理念以提高產(chǎn)品的安全性。

關(guān)鍵詞：移動通信終端；電源管理；可充電鋰離子電池

0 引言

移動通信終端產(chǎn)品如GSM手機、CDMA手機及PHS小靈通電話已經(jīng)深入普及到我們的日常生活中，促進(jìn)了中國電信事業(yè)的發(fā)展，也為我們的生活帶來了方便與快捷。但同時，由于一些移動終端廠商的設(shè)計缺陷，多次出現(xiàn)了手機爆炸傷人事件，而造成爆炸的主要原因在于電源管理部分設(shè)計有缺陷或設(shè)計存在不完善的地方。

與其他現(xiàn)有電池相比，可充電鋰離子電池具有多項優(yōu)勢，這使它們成為更適合于便攜式應(yīng)用的電源。它們可以提供更高的能量密度（最高達(dá)200W·h/kg或300～400W·h/L，分別是Ni/Cd或者Ni/MeH電池的2.5倍和1.5倍）和更高的電池電壓(碳陽極電池為4.1V，石墨陽極電池為4.2V)。它們具有無記憶效應(yīng)，自放電率小，可快速充放電及更高的充放電次數(shù)等優(yōu)點。

鋰離子電池的更高化學(xué)能量密度和更高電池電壓使得我們可以為移動終端產(chǎn)品應(yīng)用制造出更小和更輕的電池，而更輕和更小的電源對目前中國移動通信終端產(chǎn)品追求最小尺寸來說是至關(guān)重要的。要想充分利用電池容量或延長電池壽命，必須極其嚴(yán)格地控制充電參數(shù)。

鑒于鋰離子可充電電池的上述優(yōu)點，本文將詳細(xì)介紹如何設(shè)計高效、安全的鋰離子可充電電池管理電路。

1 移動通信終端產(chǎn)品鋰離子電源管理的原理及設(shè)計

鋰離子電源管理的設(shè)計主要是針對鋰離子電池的特性來進(jìn)行的。鋰離子電池的安全性能及供電性能主要體現(xiàn)在其充放電參數(shù)的控制上。圖1為鋰電池電源管理原理圖。該圖由控制芯片和外圍電路組成。接下來，我們就圖1從鋰電池放電、充電兩個方面來探討如何實現(xiàn)鋰電池的管理。

圖1鋰離子電池電源管理電路

1.1 放電工作原理

電池過放可能會給電池帶來災(zāi)難性的后果，特別是大電流過放或反復(fù)過放，對電池的影響更大。一般而言，過放電會使電池內(nèi)壓升高，正負(fù)極活性物質(zhì)的可逆性受到破壞，即使充電也只能部分恢復(fù)，容量會有明顯衰減。鋰離子電源管理電路的功能之一就是為了保護(hù)鋰電池不至于過放。

鋰電池的正常工作電壓為2.575～4.2V。當(dāng)電池電壓在此范圍內(nèi)，管理電路將MOSFET管S₄打開，在電池(CELL)電壓與BATT＋之間建立低阻通道，有利于電流從電池流向手機負(fù)載。在此情況下，過放就體現(xiàn)為輸出電流過大。在整個輸出過程中，電源管理電路不斷地檢測從電池輸出到負(fù)載的電流。當(dāng)電池輸出電流超過通常的保護(hù)值3.5A的時候，手機短路保護(hù)電路開始工作，關(guān)閉S₄，切斷電池與BATT＋的連接。

當(dāng)電池持續(xù)放電到電池電壓低于文獻(xiàn)[1]規(guī)定的放電終止電壓2.375V以下時，則屬于電壓過放。此時，圖1中的手機低電壓及短路保護(hù)電路開始工作，同電流過放一樣，關(guān)閉S₄，切斷電池與BATT＋的連接達(dá)到保護(hù)鋰電池的目的。

1.2 充電工作原理

充電管理電路在對鋰電池進(jìn)行充電時，更是一個復(fù)雜的過程，既要保證鋰電池能夠充滿，又要保證鋰電池的性能，最重要的是要保證鋰電池不能過充。如果鋰電池在充電過程中充電電流過大，或充電時間過長，產(chǎn)生的氧氣來不及被消耗，就可能造成內(nèi)壓升高，電池變形，漏液等不良現(xiàn)象。同時，其電性能也會顯著降低。

整個充電電路應(yīng)該具有以下幾種充電模式：

——低電壓預(yù)充電模式；

——全速充電模式；

——涓流充電模式；

——頂端截止、脈沖充電模式；

——充電截止模式。

1.2.1 低電壓預(yù)充電模式

當(dāng)電池電壓低于3.0V時，電源管理電路進(jìn)入低電壓預(yù)充電模式。當(dāng)電池極度過放時，為了防止過量的充電電流對電池性能造成損傷，充電電路應(yīng)該采取漸進(jìn)的充電方式。

對于一塊極度過放的，電壓已低于0.7V的鋰電池，電源管理電路將提供預(yù)充電涓流給電池。此時S₁關(guān)閉，充電器通過R₁提供電流給管腳V_dect，充電器提供電流的大小完全由R₁決定，整個充電器幾乎工作在無負(fù)載情況下。這種充電模式甚至可以對電壓已經(jīng)為0V的電池進(jìn)行充電；當(dāng)電池電壓高于0.7V低于1.98V時，外部S₁及S₂工作，電源管理電路可以以更高的電流對電池進(jìn)行充電。但是，此時三極管S₁的功耗檢測電路還沒有工作，必須限制其功耗低于800mW，以免燒毀S₁；當(dāng)電池電壓高于1.98V低于3.0V時，整個電源管理電路都正常工作，此時S₁的控制電路使S₁以較高的電流，但遠(yuǎn)低于全速充電電流對電池進(jìn)行充電，該電流一般超過100mA。