基于SE9020的萬能充電器解決方案

SE9020C/D是一顆可以自動識別電池極性的單節(jié)鋰電池充電控制IC，該IC集成了完整的電池極性識別、自動充電控制、充電保護等萬能充電器方案所需的功能，幾乎不需要任何外部元件就可以為鋰電池充電，充電電流達到250mA(TYP)。 SE9020C/D用的是小而簡單的SOT23-6L和COB等封裝形式，適合萬能充電器這種便攜式設備使用。

SE9020C/D內(nèi)部集成極性檢測電路, 可以迅速的識別插入的鋰電池的極性并且以正確的極性自動為鋰電池充電。SE9020C/D 以恒壓的方式為鋰電池進行充電并且充電電流在設計時已經(jīng)固定，被限制在250mA(TYP). 這樣可以有效的保證充電質(zhì)量，同時減小充電時電池過熱的危險。在充電的同時芯片自動檢測電池的電壓，當電池充飽后，芯片自動結(jié)束充電，避免芯片過充，有效的保護電池。

SE9020C/D 支持多種充電狀態(tài)顯示模式，包括紅/綠LED 閃燈模式和七彩燈顯示模式， SE9020C/D 中字母C 表示color 的意思，指七彩燈模式。字母D 表示Double 的意思，指 閃燈模式。在七彩燈顯示模式中， LED1 燈用于顯示電源和電池是否連接和連接狀態(tài)， 七彩燈用于指示充電狀態(tài)。充電時，七彩燈閃亮，充電完成后，七彩燈熄滅。在閃燈顯 示模式， LED1 燈用于顯示電源和電池是否連接和連接狀態(tài)，LED2 燈用于顯示充電狀態(tài)。 充電時，LED2 燈閃亮，充電完成后，LED2 燈熄滅。

SE9020C/D 還具有電池欠壓自動重啟、鋰電池短路保護、過溫保護，過流保護等保護功 能，防止充爆電池等危險情況的發(fā)生。

與傳統(tǒng)萬能充電器用鋰電池充電方案相比，SE9020C/D 采用更安全、高效的充電模式：

傳統(tǒng)的鋰電池充電方式

（一） 充電模式

恒流限壓充電（CC-mode）

恒流充電是采用恒定的電流源對鋰電池進行充電。恒流充電的工作原理是在充電過程 中，通過一個電流檢測單元，采集TEST2 信號對整個充電回路的電流進行監(jiān)控，并反饋 一個控制信號CONTROL2，對電流源進行控制和調(diào)節(jié)，使得電流源輸出一個恒定的電流對 鋰電池進行充電。另外利用一個電池電壓檢測單元，檢測TEST1 的信號對鋰電池的電壓 進行監(jiān)控，如果鋰電池的電壓達到4.2V，就通過CONTROL1 輸出一個充電截至信號，關 閉電流源。完成整個充電過程。

恒壓非限流充電（CV-mode）

恒壓充電是通過檢測電池電壓調(diào)節(jié)電流源輸出電流對電池進行充電的方法。在充電的過 程中，通過電壓檢測單元對采樣TEST1 的信號，輸出CONTROL1 信號控制電流源，當電 池電壓升高時，充電電流逐漸減小。達到能量守恒的平衡狀態(tài)。另外通過電流檢測單元， 對TEST2 進行監(jiān)控，當電流減小的預設值時，輸出CONTROL2 信號，關斷整個充電回路。 完成整個充電過程。

優(yōu)缺點：

恒流充電模式的優(yōu)點在于保持恒定的電流充電，在整個充電過程中都能控制充電電流維 持在預設值，保持穩(wěn)定的充電時間。缺點是當電池電壓達到預設電壓值（判斷充滿的 狀態(tài)）后，充電電流馬上關斷，此時電池并 沒有真正充滿，充電結(jié)束后，電池電壓會迅 速下降100mV 左右，而且也會影響電池的放 電時間。

恒壓充電模式的優(yōu)點在于能夠?qū)崟r的檢 測電池電壓對充電電流進行調(diào)節(jié)，當電池電 壓達到預設電壓后，充電電流逐漸減小。這 段恒壓充電過程，保證了電池真正的充滿， 充電結(jié)束后，電池電壓基本不變。同時具有 更長的放電時間。缺點是充電電流隨著電池 電壓的上升減小很快，影響充電時間。

（二）實現(xiàn)方式

傳統(tǒng)的萬能充電器采用分離器件組成整個系統(tǒng)，原理如圖2 所示，傳統(tǒng)分離器件方案用簡單的NPN 導通電壓作為關斷充電的控制器，通過兩個NPN 管和兩 個PNP 管作為切換電池極性的控制器，無法避免由NPN 管和PNP 管本身的壓降造成的影 響，同時同一個充電器對不同的電池進行充電時飽和電壓也不相同，使得充電電壓具有 較高的離散性，不易控制在1%的精度。另外，傳統(tǒng)的充電方案的應用中，由于電路內(nèi)部 增益不夠大，導致充電過程燈和充滿顯示燈的切換中往往存在中間態(tài)，在使用中容易給 使用者帶來誤導。同時大量的分離器件降低了板級電路的加工效率。沒有完善的保護電 路，使得電池充電過程存在安全隱患。

SE9020 充電應用分析

通過分析傳統(tǒng)的充電模式，我們發(fā)現(xiàn)限流－恒壓充電是更為科學的萬能充電器充電方 法，恒壓充電確保電池真正的充滿，限流充電保證在為各種不同規(guī)格鋰電池充電時沒有 過熱的危險。通過在相同的測試條件下的對比測試，采用限流—恒壓充電模式充電的電 池具有更長的放電時間。另外采用集成度較高的IC 替代傳統(tǒng)的分離器件方案，無論從 技術層面還是從生產(chǎn)加工的角度都是今后的發(fā)展趨勢。

充電工作原理

SE9020 在傳統(tǒng)的恒壓充電的基礎上，增加了限制最大充電電流的單元?？刂瞥潆娀芈冯?流，減緩充電電流減小的速度，使得電池電壓接近充滿值時還能維持較大的充電電流。 同時恒壓過程使得電池能夠真正的充滿，綜合充放電時間等因素，SE9020 的充電效率優(yōu) 于傳統(tǒng)的恒流充電模式。圖3 圖4 是SE9020 充電過程與傳統(tǒng)恒流模式的比較。SE9020 內(nèi)建自動辨別電池極性的單元，通過檢測電池的電壓方向，自動切換充電回路，使得無 論電池正接或者反接，都能夠正常的充電。

圖 3 SE9020 充電原理

SE9020 內(nèi)建精確的基準電路，為整個充電過程提供精確的基準，同時由充電電流的逐漸 減小使得控制極性的開關的壓降也隨之減小為零，內(nèi)建有判斷充滿的單元，確保充電飽 和電壓具有1%的高精度，無過充危險。SE9020 還設有RE-CHARGE 功能，當IC 檢測到電 池電壓低于4.05V 后，電路會重新啟動充電過程。在電源電壓低至5V 時SE9020 還能具 有較大的充電電流，對于USB 充電方案具有較大的兼容性。內(nèi)設準確快速的指示燈邏輯 控制單元，在充電過程中的各個狀態(tài)切換時，使得指示燈都能準確快速的切換。

圖5 用SE9020 充電后電池放電曲線和傳統(tǒng)恒流模式充電后電池的放電曲線比較圖

完善的充電保護功能

SE9020C/D 還具有分離器件方案所不具備的各種保護功能：設有電池短路保護，當電池 電壓低于2.5V 時電路判定為電池短路，關斷整個充電回路，避免了由于電池短路產(chǎn)生 大電流所造成的危險。SE9020 還建有溫度保護電路，當溫度過高時，關閉整個充電回路， 有效的防止由于電池過熱引起的危險情況。

豐富的充電指示燈功能

SE9020 內(nèi)嵌兩種電源指示燈模式，L1/L2 閃燈模式和L1/七彩燈模式。各種充電狀態(tài)下 的指示燈邏輯如表1 所示。

面積的優(yōu)化和成本的節(jié)省

相對于以往的分離器件傳統(tǒng)方案，SE9020 集成度高，除了LED 指示燈以外，不需要任何 外圍元件。SE9020 應用電路如圖6 圖7 所示。

通過以上的比較可以發(fā)現(xiàn)SE9020 與傳統(tǒng)完成充電器應用方案相比還具有以下優(yōu)勢：

1、充滿電壓準，自動識別電池正負級、可以結(jié)合USB 接口，符合國標，為客戶帶來更多附加價值 ，100%產(chǎn)品充電一致性 。

2、內(nèi)建高精度的基準電壓單元，使得充飽電壓能夠達到1%的高精度。而傳統(tǒng)恒流充電方案是采用外接LED 的正向?qū)妷鹤鳛榛鶞孰妷骸?LED 正向?qū)妷旱木韧ǔＪ?5%，因此需要人工從15%精度的LED 中挑選1%精度的LED 使用。在很大程度上降低了加工效率)。

3、優(yōu)化的充電模式，使得充電效率更高。

4、完善的充電保護功能，提高產(chǎn)品的安全性。<