可穿戴设备和其他小型系统的电池充电安全

可穿戴设备和其他小型系统的电池充电安全

　　规范规定了每个温度区的最大安全电流。

　　高温度区：最大电流为电池容量的50%

　　标准温度区：最大电流为电池容量的70%

　　低温度区：最大电流为电池容量的60%

　　图2显示了这些安全电流和对应的安全电压区。

图2：JEITA规范规定的锂电池安全充电电流和电压

　　使用DA1468x产品系列保证充电安全

　　可穿戴设备和许多其他物联网设备的尺寸和重量非常受限制。为帮助确保电池充电安全，同时符合尺寸和重量要求，Dialog的SmartBond DA1468x系列SoC（系统级芯片）集成了电源管理功能，再加上一些外部元件和连接的辅助，可完全满足JEITA规范的要求。

　　该功能的核心是一种灵活的CC/CV充电算法。该算法支持200μA-400mA充电电流，可以对具有不同容量的电池充电。图3显示了如何将DA1468xSoC连接至电池来进行充电。

　　图3：采用DA14680或DA14681的锂离子电池充电电路示例

　　该算法有四个不同的充电阶段：预充、恒流、恒压和电压监控。

充电周期

　　充电过程在检测到输入电压后立即开始。如果电池电量严重损耗（例如电压已低于3V），则充电算法会触发预充阶段，以低电流（约为电池容量的10%）为电池“预充电”，直至电池可以接受满充电电流。这可以防止出现过热现象。

　　在电压达到合适水平后，充电算法切换至恒流阶段，以较高电流（可达到电池的容量）为电池充电，直至电压达到4.2V（标准值）。这时充电器进入恒压阶段，以避免过充危险。在此阶段，电压保持在4.2V，而电流降低至电池容量的10%左右。从恒流阶段过渡到恒压阶段是逐渐而且平滑地完成的，以免电池受损。

　　到这时电池已经充满。如果充满后电池仍然处于连接状态，则充电器进入电压监控阶段，从而提供周期性的续充，以弥补由于电池自放电而产生的电量消耗。续充通常在电池开路电压降至4.0V以下时进行。

图4：Dialog DA14680和DA14681的充电周期

　　在这个基础循环中，系统设计工程师能够对一系列参数进行调整，以定制充电过程。这些参数包括：

　　预充电流（应设为10%–亦即1mA-15mA）

　　预充电压Vpcv（应设为3.05V）

　　预充定时器（默认值=15分钟）

　　恒定充电电流Icc（应设为70%1）

　　充电电压Vfloat（范围4.2–4.6V）

　　恒流（CC）定时器（默认值=180分钟）

　　恒压（CV）定时器（默认值=360分钟）

内置保护功能

　　为帮助确保安全，DA14680和DA14681提供了一系列内置保护功能，以防止由非标准充电条件造成的问题，包括：

　　欠压放电

　　过压充电

　　过流充电

　　预充、恒流和恒压阶段超时

　　电池温度低和高（带有外部NTC和连接）

　　我们强烈建议电池提供针对过压充电、欠压放电和过流充（放）电的内置保护功能，此外，电池还必须有内置负温度系数（NTC）传感器，该传感器应当连接至DA14680或DA14681的NTC引脚。该引脚还应当连接至模/数转换器（ADC）输入（如ADC5）。

　安全、方便和可靠的可穿戴设备

　　可穿戴设备市场现在增长迅猛，并将在未来几年继续保持增长。系统功耗和能量采集潜力方面都已取得一定进展。但我们离可穿戴设备从其所在环境中获取能量进行充电的目标还有很长的距离。因此，可穿戴设备和其他功能丰富的物联网应用仍然需要使用充电电池。

　　锂离子电池体积小、重量轻、容量大，可帮助系统设计工程师满足尺寸限制，同时提供使消费者满意的长电池续航时间。其较高工作电压意味着需要的电芯更少，从而可以进一步减小系统尺寸和提高设计灵活性。

　　但这些电池需要更复杂的充电解决方案来确保安全和高效的充电。Dialog的DA1468x系列产品提供集成的电池管理功能，包括符合JEITA规范的充电算法和内置保护功能。在单个芯片上提供所有这些功能可帮助进一步减小系统尺寸，同时实现设计灵活性的最大化，并简化设计过程。设计工程师因此能够更快地设计出功耗丰富、舒适和外观漂亮的可穿戴设备。